CN108535878A - 稳定量子光源的方法及稳定量子光源 - Google Patents
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Abstract
本申请提供一种稳定量子光源的方法及稳定量子光源，所述方法主要是用于将一束相干光分束成第一光束与第二光束，并将第二光束调节到单光子强度进行输出；对接收的第一光束并进行光强探测获得对应第一光束的光强值；依据预存的多个历史时间节点的光强值以及当前时间节点获取的光强值进行回归分析，以预测获得下一时间节点的光强值，并基于所预测的光强值获得光强偏移值以调整所产生的相干光以使所述第二光束稳定输出。
Description
技术领域
本申请涉及量子通信技术领域，特别是涉及一种稳定量子光源的方法及稳定量子光源。
背景技术
弱光强激光光源在光学、通信、遥感探测、工业生产等各个领域都有着重要的作用。具体而言，在量子光学的光学干涉实验，量子保密通信，连续变量的量子计算以及量子测量、量子成像中都有重要的意义。在这些实验中，激光光源的光强稳定性非常重要。比如在量子密钥分发协议中，诱骗态技术的实现完全依赖于激光光源的光强稳定性。只有在光强稳定的情况下，通信双方才能通过诱骗态方法来准确估计窃听者所能获取的信息的上限。传统的强光激光器中，由于光强的涨落相对于光强本身非常微弱，因而光强涨落所引起的影响往往可以忽略不计。然而，在弱光强激光光源里，光强涨落造成的影响非常大，从而对量子光学、量子信息的理论研究和实际应用造成了阻碍。
目前出现了不同的弱光强激光光源的设计方案，其中有的是基于强激光进行衰减产生弱光，比如ID Quantique公司推出的窄脉冲光源ID300，其主要通过一个可调的光学衰减器将亚纳秒(300ns)的激光脉冲衰减到单光子的级别；有的是通过缩短脉冲时间来产生光强较弱的脉冲激光，比如国盾量子公司的QCL-100高速皮秒脉冲激光器，其通过窄脉冲成形技术来压缩脉冲长度，在确保消光比(30dB)的同时，可以保证较高的工作频率(1.25GHz)。
但在这些相关技术中，为了确保光强的稳定，激光光源的工作频率必须保持在较低值；一旦频率提高，或者脉冲被进一步地缩窄，那么激光光源的光强就会出现较强的抖动。
发明内容
鉴于以上所述现有技术的缺点，本申请的目的在于提供一种稳定量子光源的方法及稳定量子光源，用于解决现有技术中量子光源输出不稳定的问题。
为实现上述目的及其他相关目的，本申请的第一方面提供一种稳定量子光源，包括相干光源，强度调制模块，光强探测模块，以及数据分析模块；其中，所述相干光源用于产生一束相干光；所述强度调制模块用于将所述束相干光分束成第一光束与第二光束，并将所述第二光束调节到单光子强度进行输出；所述光强探测模块用于对接收的所述第一光束并进行光强探测，获得对应所述第一光束的电信号；所述数据分析模块用于依据预存的多个历史时间节点的光强值以及当前时间节点获取的所述电信号对应的光强值进行回归分析，以预测获得下一时间节点的光强值，并基于所预测的光强值获得光强偏移值以调整所述相干光源产生的相干光，以使所述第二光束稳定输出。
在本申请的第一方面的某些实施方式中，所述相干光源为激光器；所述激光器为强光连续波模式激光器。
在本申请的第一方面的某些实施方式中，所述强度调制模块包括：分光单元以及衰减单元；其中，所述分光单元用于将所述束相干光分束成第一光束与第二光束；所述衰减单元用于将所述第二光束进行衰减调制到单光子强度后予以输出；所述第二光束的直径小于所述第一光束的直径，所述第二光束为弱相干光。
在本申请的第一方面的某些实施方式中，所述光强探测模块包括探测单元以及转换单元；其中，所述探测单元用于将所述第一光束转换为对应所述第一光束光强的模拟电信号；所述转换单元，用于将所述模拟电信号转换为对应所述第一光束光强的数字电信号。
在本申请的第一方面的某些实施方式中，所述探测单元为将真空涨落光信号转化为强度涨落模拟电信号的零差探测器，所述模拟电信号呈高斯分布；所述转换单元为将模拟电信号转化为数字电信号的ADC转换器。
在本申请的第一方面的某些实施方式中，所述数据分析模块包括存储单元，回归预测单元，以及调节单元；其中，所述存储单元用于预存多个历史时间节点的历史光强值以及理想光强值；所述回归预测单元用于自所述存储单元中读取预存的多个历史光强值以及接收所述光强探测模块输出的当前时刻的所述电信号对应的当前光强值进行回归预测以获得光强偏移值；所述调节单元基于所述光强偏移值及所述理想光强值调整所述相干光源产生的相干光。
在本申请的第一方面的某些实施方式中，所述数据分析模块还包括实时更新单元，用于在所述回归预测模块获得所述光强偏移值后，将所述电信号对应的当前光强值作为历史光强值存入所述存储单元。
在本申请的第一方面的某些实施方式中，所述数据分析模块还包括实时更新单元，用于在所述回归预测模块获得所述光强偏移值后，将所述电信号对应的当前光强值作为历史光强值存入所述存储单元，并删除所述存储单元中多个历史时间节点中最早的历史时间节点对应的历史光强值。
在本申请的第一方面的某些实施方式中，所述回归预测单元的回归预测模型为支持向量机或神经网络。
本申请的第二方面还提供一种稳定量子光源的方法，包括以下步骤：产生一束相干光；用于将所述束相干光分束成第一光束与第二光束，并将所述第二光束调节到单光子强度进行输出；对接收的所述第一光束并进行光强探测获得对应所述第一光束的电信号；以及依据预存的多个历史时间节点的光强值以及当前时间节点获取的所述电信号对应的光强值进行回归分析，以预测获得下一时间节点的光强值，并基于所预测的光强值获得光强偏移值以调整所产生的相干光，以使所述第二光束稳定输出。
在本申请的第二方面的某些实施方式中，所述产生一束相干光的步骤为由一激光器产生一束相干光。
在本申请的第二方面的某些实施方式中，所述激光器为连续波强光激光器。
在本申请的第二方面的某些实施方式中，将所述第二光束调节到单光子强度进行输出的步骤包括将所述第二光束进行衰减调制到单光子强度后予以输出；所述第二光束的直径小于所述第一光束的直径，所述第二光束为弱相干光。
在本申请的第二方面的某些实施方式中，所述对接收的所述第一光束并进行光强探测获得对应所述第一光束的光强值的步骤包括：将所述第一光束转换为对应所述第一光束光强的模拟电信号；将所述模拟电信号转换为对应所述第一光束光强的数字电信号。
在本申请的第二方面的某些实施方式中，所述调整所产生的相干光的步骤包括：预存多个历史时间节点的历史光强值以及理想光强值；读取预存的多个历史光强值以及接收当前时刻的所述电信号对应的当前光强值进行回归预测以获得光强偏移值；以及基于所述光强偏移值及所述理想光强值调整所产生的相干光。
在本申请的第二方面的某些实施方式中，还包括更新所述预存的多个历史时间节点的历史光强值的步骤：在获得所述光强偏移值后，将所述电信号对应的当前光强值作为历史光强值进行存储。
在本申请的第二方面的某些实施方式中，还包括更新所述预存的多个历史时间节点的历史光强值的步骤：在获得所述光强偏移值后，将所述电信号对应的当前光强值作为历史光强值进行存储，并删除之前预测的多个历史时间节点中最早的历史时间节点对应的历史光强值。
在本申请的第二方面的某些实施方式中，所述回归分析步骤中采用的回归预测模型为支持向量机或神经网络。
如上所述，本申请稳定量子光源的方法及稳定量子光源，通过加入监控模块和预测激光光源光强的硬件模块，该激光光源能够有效地调整其出射光强，从而确保了光强的稳定性；再者本申请利用统计学习方法，即通过对光强的提前预测，来提前调节激光光源的光强，不但输出的弱相干光的光强较为稳定；也可以实现较高工作频率的弱相干光光源，而且组合结构较为简单，不需要皮秒级别的窄脉冲激光器。
附图说明
图1显示为本申请的稳定量子光源在一实施例中的结构框图。
图2显示为本申请的稳定量子光源在另一实施例中的结构框图。
图3显示为本申请的稳定量子光源在再一实施例中的结构框图。
图4显示为本申请的稳定量子光源在又一实施例中的结构框图。
图5显示为本申请的稳定量子光源在另一实施例中的结构框图。
图6显示为本申请的稳定量子光源的方法在一实施例中的流程示意图。
图7显示为本申请的稳定量子光源的方法在另一实施例中的流程示意图。
图8显示为本申请的稳定量子光源的方法在再一实施例中的流程示意图。
具体实施方式
以下由特定的具体实施例说明本申请的实施方式，熟悉此技术的人士可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本申请的其他优点及功效。
在下述描述中，参考附图，附图描述了本申请的若干实施例。应当理解，还可使用其他实施例，并且可以在不背离本申请的精神和范围的情况下进行机械组成、结构、电气以及操作上的改变。下面的详细描述不应该被认为是限制性的，并且本申请的实施例的范围仅由公布的专利的权利要求书所限定。
这里使用的术语仅是为了描述特定实施例，而并非旨在限制本申请。空间相关的术语，例如“上”、“下”、“左”、“右”、“下面”、“下方”、“下部”、“上方”、“上部”等，可在文中使用以便于说明图中所示的一个元件或特征与另一元件或特征的关系。另外，虽然在一些实例中术语第一、第二等在本文中用来描述光束，但是这些光束不应当被这些术语限制。这些术语仅用来将一个光束与另一个光束进行区分。并且类似地，一个光束可以被称作一束光，而不脱离各种所描述的实施例的范围。
再者，如同在本文中所使用的，单数形式“一”、“一个”和“该”旨在也包括复数形式，除非上下文中有相反的指示。应当进一步理解，术语“包括”、“包括”表明存在所述的特征、步骤、操作、元件、组件、项目、种类、和/或组，但不排除一个或多个其他特征、步骤、操作、元件、组件、项目、种类、和/或组的存在、出现或添加。此处使用的术语“或”和“和/或”被解释为包括性的，或意味着任一个或任何组合。因此，“A、B或C”或者“A、B和/或C”意味着“以下任一个：A；B；C；A和B；A和C；B和C；A、B和C”。仅当元件、功能、步骤或操作的组合在某些方式下内在地互相排斥时，才会出现该定义的例外。
弱光强激光光源在量子光学和量子信息领域有着广泛的应用。在一些具体的实验或者应用环境，比如量子密钥分发实验，量子随机数发生器中，激光光源光强的稳定性对于实验的结果有重要的影响。然而，现有的弱光强激光光源在实际过程中很难保证光强的稳定。在光强较弱的情况下，光强的涨落相对于光强本身的大小会被突显出来。在光强涨落很大的情况下，很多量子光学实验的结果都不再可信，对于一些高工作频率的激光器，甚至光强涨落和光强处于同一量级。这严重影响了弱相干光源的稳定性与可靠性，制约了其在量子光学和量子信息领域的应用。
为了解决以上问题，市场上商用的弱相干光激光器会降低工作频率，并在激光器内部采取被动的反馈系统，以确保光强的稳定。在低频率的环境下，光强涨落的大小可以被限制住，然而仍然会对实验或应用的结果产生较大的影响。此外，在较低频率进行工作，降低了弱相干激光器的实用性，并且限制了量子通信或量子计算的速度。基于此，本申请提出一种稳定量子光源以及将量子光源稳定的方法，以期解决上述缺陷。
请参阅图1，显示为本申请稳定量子光源在一实施例中的结构框图，如图所示，本申请提供的稳定量子光源10包括相干光源100，强度调制模块101，光强探测模块102，以及数据分析模块103。
所述相干光源100用于产生一束相干光；在一实施例中，所述相干光源100为激光器，具体地，所述激光器为强光连续波模式激光器(Continuous Wave，简称CW)。所述连续波模式激光器可输出连续的激光信号，所述的激光信号的激光强度在时域上是一条平稳曲线。
所述强度调制模块101用于将所述束相干光分束成第一光束与第二光束，并将所述第二光束调节到单光子强度进行输出。请参阅图2，显示为本申请稳定量子光源10在另一实施例中的结构框图，如图所示，在一实施例中，所述强度调制模块101包括分光单元1011以及衰减单元1010。
所述分光单元1011用于将所述束相干光分束成第一光束与第二光束；在实施例中，所述第二光束的直径小于所述第一光束的直径，所述第二光束为弱相干光，所述分光单元1011将大部分的光分束到后续的光强探测模块102中，并留下一小部分光进行衰减调制，调节到单光子强度并进行输出。在实际情况下，所述的光束直径是沿垂直于光束轴线并与其相交的指定线的直径。由于光束通常不具有确定的边缘，所以直径可以以许多不同的方式来定义，比如光束直径可以在垂直于光束轴的特定平面上以长度为单位进行测量。
在实施例中，所述分光单元1011例如为一分束器，但并不局限与此，凡事能够将所述一束相关光分束成两束相干光的器件/元件/组件均适用于本申请，比如波导管等。
所述衰减单元1010用于将所述第二光束进行衰减调制到单光子强度后予以输出，在实施例中，所述衰减单元1010为光衰减器(Variable Optical Attenuator，简称VOA)，将所述第二光束衰减至单光子级别的强度予以输出。
所述光强探测模块102用于对接收的所述第一光束并进行光强探测，获得对应所述第一光束的光强值；在实施例中，光强探测模块102接收来自所述强度调制模块101的第一光束并进行强光的光强测量，在实际的应用中，要求所述光强探测模块102的测量精度要高于光强涨落控制的要求。
请参阅图3，显示为本申请稳定量子光源10在再一实施例中的结构框图，如图所示，在一实施例中，所述光强探测模块102包括探测单元1020以及转换单元1021。
所述探测单元1020用于将所述第一光束转换为对应所述第一光束光强的模拟电信号；在实施例中，所述探测单元1020为将真空涨落光信号转化为强度涨落模拟电信号的零差探测器，所述对应所述第一光束光强的模拟电信号呈高斯分布。
所述转换单元1021用于将所述模拟电信号转换为对应所述第一光束光强的数字电信号；在实际的应用中，所述转换单元1021为将模拟电信号转化为数字电信号的ADC转换器。
所述数据分析模块103用于依据预存的多个历史时间节点的光强值以及当前时间节点获取的所述电信号对应的光强值进行回归分析，以预测获得下一时间节点的光强值，并基于所预测的光强值获得光强偏移值以调整所述相干光源100产生的相干光，以使所述第二光束稳定输出。在一实施例中，所述数据分析模块103获取当前时间节点获取的所述电信号对应的光强值可以通过预存的关联列表的形式进行获取，比如将所述电信号进行范围划定后与一个光强值(或者是光强的范围)对应起来，建立关联列表，每次收到一当前时间节点获取的电信号时，自所述关联列表中进行检索相匹配的光强值。在另一实施例中，所述数据分析模块103获取当前时间节点获取的所述电信号对应的光强值还可以通过运算的方式获得，将电信号通过数学运算后获得当前时间节点获取的所述电信号对应的光强值。
在实施例中，所述数据分析模块103得到对应当前时刻电信号的光强值，将其与用之前的多个历史时间节点比如100个历史时间节点的光强值与当前光强预测的预测值进行比较，用于调整预测光强的模型的参数；然后，所述数据分析模块103利用当前时刻的光强值和前99个历史时间节点的光强值对下一个历史时间节点的光强进行预测，根据其与理想值的偏移情况获得光强偏移值，依据所述光强偏移值输出所述为激光器的相干光源100的调节信号，以使所述为激光器的相干光源100根据其调节信号对出射光强进行实时调节，实现稳定的光束输出，进而确保被强度调制模块101输出的第二光束稳定。
请参阅图4，显示为本申请稳定量子光源10在又一实施例中的结构框图，如图所示，在一实施例中，所述数据分析模块103包括存储单元1030，回归预测单元1031以及调节单元1032。
所述存储单元1030用于预存多个历史时间节点的历史光强值以及理想光强值；在实施例中，预存的历史时间节点的历史光强值例如为100个历史时间节点的历史光强值，但并不局限与此，在实际的应用中，应根据不同的精度要求或者环境对存储的数据数量做适应性的调整。在实施例中，所述存储单元1030例如为存储器，所述存储器例如为只读存储器(ROM，Read-OnlyMemory)、随机存取存储器(RAM，RandomAccessMemory)、EEPROM或者能够用于存储具有数据或数据结构形式并能够由计算机进行存储和读取的任何其它介质。
所述回归预测单元1031用于自所述存储单元1030中读取预存的多个历史光强值以及接收所述光强探测模块102输出的当前时刻的当前光强值进行回归预测以获得光强偏移值，在实施例中，可采取统计学习算法，比如支持向量机(Support Vector Machine，简称SVM)或者人工神经网络(Artificial Neural Network)等回归预测模型对数据进行回归预测。
所述调节单元1032基于所述光强偏移值及所述理想光强值调整所述相干光源100产生的相干光，即理想值的偏移情况获得光强偏移值，依据所述光强偏移值输出所述为激光器的相干光源100的调节信号，以使所述为激光器的相干光源100根据其调节信号对出射光强进行实时调节，实现稳定的光束输出，进而确保被强度调制模块101输出的第二光束稳定。
请参阅图5，显示为本申请稳定量子光源10在另一实施例中的结构框图，如图所示，在一实施例中，所述数据分析模块103还包括实时更新单元，用于在所述回归预测模块获得所述光强偏移值后，将所述当前光强值作为历史光强值存入所述存储单元1030，以实时更新所述存储单元1030进而确保回归预测模块中的历史时间节点的历史光强值有助于回归分析处理更加准确。
在另一实施例中，所述实时更新单元还用于在所述回归预测模块获得所述光强偏移值后，将所述当前光强值作为历史光强值存入所述存储单元1030，并删除所述存储单元1030中多个历史时间节点中最早的历史时间节点对应的历史光强值，进而确保历史数据稳定在一个数据量内。
如上所述，本申请的稳定量子光源通过加入监控和预测激光光源光强的硬件模块，该相干光的光源能够有效地调整其出射光强，从而确保了光强的稳定性；再者本申请利用统计学习方法，即通过对光强的提前预测来提前调节激光光源的光强，不但确保输出的弱相干光的光强较为稳定；也可以实现较高工作频率的弱相干光光源，而且组合结构较为简单，不需要皮秒级别的窄脉冲激光器，更易实现以及降低成本。
本申请还提供一种稳定量子光源的方法，请参阅图6，显示为本申请的稳定量子光源的方法在一实施例中的流程示意图，如图所示，本申请的稳定量子光源的方法包括以下步骤：
在步骤S10中，产生一束相干光；在一实施例中，利用一相干光源产生一束相干光；所述相干光源为激光器，具体地，所述激光器为强光连续波模式激光器(Continuous Wave，简称CW)。所述连续波模式激光器可输出连续的激光信号，所述的激光信号的激光强度在时域上是一条平稳曲线。
在步骤S11中，分束成第一、第二光束并将第二光束调节到单光子强度输出，即，将所述束相干光分束成第一光束与第二光束，并将所述第二光束调节到单光子强度进行输出；在实施例中，将所述第二光束调节到单光子强度进行输出的步骤包括将所述第二光束进行衰减调制到单光子强度后予以输出；所述第二光束的直径小于所述第一光束的直径，所述第二光束为弱相干光。
在实施例中，所述步骤S11藉由一分束单元与一衰减单元实现，其中，所述分束单元用于将所述束相干光分束成第一光束与第二光束，所述衰减单元用于将所述第二光束调节到单光子强度进行输出。在实施例中，将大部分的光分束到后续的光强探测模块中，并留下一小部分光进行衰减调制，调节到单光子强度并进行输出。在实际情况下，所述的光束直径是沿垂直于光束轴线并与其相交的指定线的直径。由于光束通常不具有确定的边缘，所以直径可以以许多不同的方式来定义，比如光束直径可以在垂直于光束轴的特定平面上以长度为单位进行测量。
在实施例中，所述分光单元例如为一分束器，但并不局限与此，凡事能够将所述一束相关光分束成两束相干光的器件/元件/组件均适用于本申请，比如波导管等。
所述衰减单元用于将所述第二光束进行衰减调制到单光子强度后予以输出，在实施例中，所述衰减单元为光衰减器(Variable Optical Attenuator，简称VOA)，将所述第二光束衰减至单光子级别的强度予以输出。
在步骤S12中，对接收的所述第一光束并进行光强探测获得对应所述第一光束的电信号；在实施例中，对接收的第一光束并进行强光的光强测量，在实际的应用中，要求所述光强探测的精度要高于光强涨落控制的要求。
请参阅图7，显示为本申请的稳定量子光源的方法在另一实施例中的流程示意图，如图所示，所述对接收的所述第一光束并进行光强探测获得对应所述第一光束的光强值的步骤S12包括：
步骤S121，将所述第一光束转换为对应所述第一光束光强的模拟电信号；在实施例中，所述将所述第一光束转换为对应所述第一光束光强的模拟电信号的步骤是通过将真空涨落光信号转化为强度涨落模拟电信号的零差探测器实现的，所述对应所述第一光束光强的模拟电信号呈高斯分布。
S122，将所述模拟电信号转换为对应所述第一光束光强的数字电信号；在实施例中，将所述模拟电信号转换为对应所述第一光束光强的数字电信号是通过将模拟电信号转化为数字电信号的ADC转换器实现的。
在步骤S13中，依据预存的多个历史时间节点的光强值以及当前时间节点获取的所述电信号对应的光强值进行回归分析，以预测获得下一时间节点的光强值，并基于所预测的光强值获得光强偏移值以调整所产生的相干光，以使所述第二光束稳定输出。在一实施例中，所述获取当前时间节点获取的所述电信号对应的光强值可以通过预存的关联列表的形式进行获取，比如将所述电信号进行范围划定后与一个光强值(或者是光强的范围)对应起来，建立关联列表，每次收到一当前时间节点获取的电信号时，自所述关联列表中进行检索相匹配的光强值。在另一实施例中，所述获取当前时间节点获取的所述电信号对应的光强值还可以通过运算的方式获得，将电信号通过数学运算后获得当前时间节点获取的所述电信号对应的光强值。
在实施例中，得到对应当前时刻电信号的光强值，将其与用之前的多个历史时间节点比如100个历史时间节点的光强值与当前光强预测的预测值进行比较，用于调整预测光强的模型的参数；然后，利用当前时刻的光强值和前99个历史时间节点的光强值对下一个历史时间节点的光强进行预测，根据其与理想值的偏移情况获得光强偏移值，依据所述光强偏移值输出所述为激光器的相干光源的调节信号，以使所述为激光器的相干光源根据其调节信号对出射光强进行实时调节，实现稳定的光束输出，进而确保被强度调制模块输出的第二光束稳定。
请参阅图8，显示为本申请的稳定量子光源的方法在再一实施例中的流程示意图，如图所示，所述调整所产生的相干光的步骤S13进一步包括：
步骤S130，预存多个历史时间节点的历史光强值以及理想光强值；在实施例中，比如通过一存储器预存多个历史时间节点的历史光强值以及理想光强值，在实施例中，预存的历史时间节点的历史光强值例如为100个历史时间节点的历史光强值，但并不局限与此，在实际的应用中，应根据不同的精度要求或者环境对存储的数据数量做适应性的调整。在实施例中，所述存储单元例如为存储器，所述存储器例如为只读存储器(ROM，Read-OnlyMemory)、随机存取存储器(RAM，RandomAccessMemory)、EEPROM或者能够用于存储具有数据或数据结构形式并能够由计算机进行存储和读取的任何其它介质。
步骤S131，读取预存的多个历史光强值以及接收当前时刻的所述电信号对应的当前光强值进行回归预测以获得光强偏移值；在实施例中，利用统计学习算法中的回归预测模型读取预存的多个历史光强值以及接收当前时刻的所述电信号对应的当前光强值进行回归预测以获得光强偏移值；比如支持向量机(Support Vector Machine，简称SVM)或者人工神经网络(Artificial Neural Network)等回归预测模型对数据进行回归预测。
步骤S132，基于所述光强偏移值及所述理想光强值调整所产生的相干光。在实施例中，利用理想值的偏移情况获得光强偏移值，依据所述光强偏移值输出所述为激光器的相干光源的调节信号，以使所述为激光器的相干光源根据其调节信号对出射光强进行实时调节，实现稳定的光束输出，进而确保被强度调制模块输出的第二光束稳定。
在本申请的稳定量子光源的方法还包括更新所述预存的多个历史时间节点的历史光强值的步骤：在获得所述光强偏移值后，将所述电信号对应的当前光强值作为历史光强值进行存储，在实施例中，用于在获得所述光强偏移值后，将所述当前光强值作为历史光强值存入所述存储单元，以实时更新所述存储单元进而确保在回归预测中提取的历史时间节点的历史光强值有助于回归分析处理更加准确。
在另一实施例中，所述更新的步骤还例如为在获得所述光强偏移值后，将所述电信号对应的当前光强值作为历史光强值进行存储，并删除之前预测的多个历史时间节点中最早的历史时间节点对应的历史光强值，进而确保历史数据稳定在一个数据量内。
综上所述，本申请的稳定量子光源及方法通过加入监控和预测激光光源光强的硬件模块，该相干光的光源能够有效地调整其出射光强，从而确保了光强的稳定性；再者本申请利用统计学习方法，即通过对光强的提前预测来提前调节激光光源的光强，不但确保输出的弱相干光的光强较为稳定；也可以实现较高工作频率的弱相干光光源，而且组合结构较为简单，不需要皮秒级别的窄脉冲激光器，更易实现以及降低成本。
应理解，在本申请的各种实施例中，上述各过程的序号的大小并不意味着执行顺序的先后，各过程的执行顺序应以其功能和内在逻辑确定，而不应对本申请实施例的实施过程构成任何限定。
本领域普通技术人员可以意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤，能够以电子硬件、或者计算机软件和电子硬件的结合来实现。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本申请的范围。
所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，上述描述的系统、装置和单元的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。
在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的系统、装置和方法，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，所述单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口，装置或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性，机械或其它的形式。
所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。
另外，在本申请各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。
上述实施例仅例示性说明本申请的原理及其功效，而非用于限制本申请。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本申请的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本申请所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本申请的权利要求所涵盖。
Claims (19)
1.一种稳定量子光源，其特征在于，包括：
相干光源，用于产生一束相干光；
强度调制模块，用于将所述束相干光分束成第一光束与第二光束，并将所述第二光束调节到单光子强度进行输出；
光强探测模块，用于对接收的所述第一光束并进行光强探测，获得对应所述第一光束的电信号；以及
数据分析模块，用于依据预存的多个历史时间节点的光强值以及当前时间节点获取的电信号对应的光强值进行回归分析，以预测获得下一时间节点的光强值，并基于所预测的光强值获得光强偏移值以调整所述相干光源产生的相干光，以使所述第二光束稳定输出。
2.根据权利要求1所述的稳定量子光源，其特征在于，所述相干光源为激光器。
3.根据权利要求2所述的稳定量子光源，其特征在于，所述激光器为强光连续波模式激光器。
4.根据权利要求1所述的稳定量子光源，其特征在于，所述强度调制模块包括：
分光单元，用于将所述束相干光分束成第一光束与第二光束；以及
衰减单元，用于将所述第二光束进行衰减调制到单光子强度后予以输出；所述第二光束的直径小于所述第一光束的直径，所述第二光束为弱相干光。
5.根据权利要求1所述的稳定量子光源，其特征在于，所述光强探测模块包括：
探测单元，用于将所述第一光束转换为对应所述第一光束光强的模拟电信号；
转换单元，用于将所述模拟电信号转换为对应所述第一光束光强的数字电信号。
6.根据权利要求5所述的稳定量子光源，其特征在于，所述探测单元为将真空涨落光信号转化为强度涨落模拟电信号的零差探测器，所述模拟电信号呈高斯分布；所述转换单元为将模拟电信号转化为数字电信号的ADC转换器。
7.根据权利要求1所述的稳定量子光源，其特征在于，所述数据分析模块包括：
存储单元，用于预存多个历史时间节点的历史光强值以及理想光强值；
回归预测单元，用于自所述存储单元中读取预存的多个历史光强值以及接收所述光强探测模块输出的当前时刻的电信号对应的当前光强值进行回归预测以获得光强偏移值；
调节单元，基于所述光强偏移值及所述理想光强值调整所述相干光源产生的相干光。
8.根据权利要求7所述的稳定量子光源，其特征在于，所述数据分析模块还包括实时更新单元，用于在所述回归预测模块获得所述光强偏移值后，将所述当前电信号对应的光强值作为历史光强值存入所述存储单元。
9.根据权利要求7所述的稳定量子光源，其特征在于，所述数据分析模块还包括实时更新单元，用于在所述回归预测模块获得所述光强偏移值后，将所述当前电信号对应的光强值作为历史光强值存入所述存储单元，并删除所述存储单元中多个历史时间节点中最早的历史时间节点对应的历史光强值。
10.根据权利要求7所述的稳定量子光源，其特征在于，所述回归预测单元的回归预测模型为支持向量机或神经网络。
11.一种稳定量子光源的方法，其特征在于，包括以下步骤：
产生一束相干光；
用于将所述束相干光分束成第一光束与第二光束，并将所述第二光束调节到单光子强度进行输出；
对接收的所述第一光束并进行光强探测获得对应所述第一光束的光强值；以及
依据预存的多个历史时间节点的光强值以及当前时间节点获取的电信号对应的光强值进行回归分析，以预测获得下一时间节点的光强值，并基于所预测的光强值获得光强偏移值以调整所产生的相干光，以使所述第二光束稳定输出。
12.根据权利要求11所述的稳定量子光源的方法，其特征在于，所述产生一束相干光的步骤为由一激光器产生一束相干光。
13.根据权利要求12所述的稳定量子光源的方法，其特征在于，所述激光器为连续波强光激光器。
14.根据权利要求11所述的稳定量子光源的方法，其特征在于，将所述第二光束调节到单光子强度进行输出的步骤包括将所述第二光束进行衰减调制到单光子强度后予以输出；所述第二光束的直径小于所述第一光束的直径，所述第二光束为弱相干光。
15.根据权利要求11所述的稳定量子光源的方法，其特征在于，所述对接收的所述第一光束并进行光强探测获得对应所述第一光束的光强值的步骤包括：
将所述第一光束转换为对应所述第一光束光强的模拟电信号；
将所述模拟电信号转换为对应所述第一光束光强的数字电信号。
16.根据权利要求11所述的稳定量子光源的方法，其特征在于，所述调整所产生的相干光的步骤包括：
预存多个历史时间节点的历史光强值以及理想光强值；
读取预存的多个历史光强值以及接收当前时刻的当前电信号对应的光强值进行回归预测以获得光强偏移值；以及
基于所述光强偏移值及所述理想光强值调整所产生的相干光。
17.根据权利要求16所述的稳定量子光源的方法，其特征在于，还包括更新所述预存的多个历史时间节点的历史光强值的步骤：在获得所述光强偏移值后，将所述当前电信号对应的光强值作为历史光强值进行存储。
18.根据权利要求16所述的稳定量子光源的方法，其特征在于，还包括更新所述预存的多个历史时间节点的历史光强值的步骤：在获得所述光强偏移值后，将所述电信号对应的当前光强值作为历史光强值进行存储，并删除之前预测的多个历史时间节点中最早的历史时间节点对应的历史光强值。
19.根据权利要求16所述的稳定量子光源的方法，其特征在于，所述回归分析步骤中采用的回归预测模型为支持向量机或神经网络。
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