CN110779620A - 一种宽光谱可调谐标准单光子源产生装置及光辐射校准方法 - Google Patents
一种宽光谱可调谐标准单光子源产生装置及光辐射校准方法 Download PDFInfo
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Abstract
本发明提出了一种宽光谱可调谐标准单光子源产生装置和光辐射校准方法，所述装置由1064nm激光光源、激光稳功率与偏振控制装置、空间滤波装置、532nm倍频光产生装置和355nm三倍频光产生装置、532nm主泵浦光泵浦PPLN晶体相关光子产生装置、355nm辅助泵浦光泵浦BBO晶体相关光子产生装置、背景光辐射抑制系统、信号光与闲频光分光与滤波装置、信号光监视装置等几部分组成。采用两路泵浦光分别泵浦两组非线性晶体辅以晶体周期切换、温度调谐和相位匹配角切换的方式，实现了460nm～2500nm不同波长相关光子共线输出。完成相关光子输出，及背景辐射抑制和滤波后，利用经绝对校准过的单光子探测器对一路相关光子进行监测，便可实时预测另一路相关光子的输出光子流速率，用于光辐射校准。
Description
技术领域
本发明属于光辐射计量技术领域，尤其涉及一种宽光谱可调谐标准单光子源产生装置及光辐射校准方法。
背景技术
本部分的陈述仅仅是提供了与本公开相关的背景技术信息，不必然构成在先技术。
光辐射计量一般指利用基本计量技术，使待测光辐射量或光度学参量直接或间接的与基本物理常数或测量不确定度低的物理量建立联系，以提高复现或测量水平。光辐射基准一般可分为标准源和标准探测器两类，在光辐射基本计量技术的发展过程中，先后经历了以黑体辐射源和同步辐射源为代表的辐射源标准，和以绝对辐射计和自校准硅光电二级管为代表的探测器标准。20世纪80年代初，低温辐射技术的发展极大地促进了绝对辐射技术的进步，将测量准确度提高了一个数量级，是目前国际上光辐射计量的最高基准。但在1pW量级(对应光子流速率约10E7个/s)以下的光辐射通量已经超出了传统光电探测器的测量极限。当前实现极微弱光光辐射通量计量的手段主要分两大类：一类是可预测/准单光子源；另一类是以可分辨光子数超导探测器为标准的方法。单光子探测器受限于其响应均匀性差，影响校准精度的参数多，计量操作重复性差等因素，当前难以适应极微弱光光辐射通量计量需求。
基于相关光子和符合测量技术的极微弱光辐射校准方法是一种“无标准传递”的绝对测量手段。基于参量下转换技术产生的两路相关光子受泵浦光功率稳定性等因素的影响，输出相关光子流是未知且实时变化的，需要利用符合测量技术进行单光子探测器量子效率绝对校准。如1994年P.G.Kwait等人利用351.1nm的氩离子激光器泵浦KDP晶体，产生简并(702nm)和非简并(633nm和788nm)的两对相关光子对，并利用符合测量技术进行单光子探测器量子效率绝对校准，不确定度低于3％(P.G.Kwait.Appl.Opt.1994,33:1844-1851)。公开号为CN103076085A的发明专利申请提出了一种700nm～1700nm波长范围可调谐相关光子产生技术，介绍了利用符合测量技术对可见-近红外单光子探测器量子效率测量方法。
现有基于参量下转换相关光子产生技术和符合测量技术的单光子探测器量子效率校准方法，存在以下的局限性：(1)共线输出相关光子波长只局限在几个分立波长点或较窄波长范围内，没有覆盖整个可见-近红外光谱范围，无法实现对单光子探测器绝对光谱响应的校准；而非共线输出相关光子虽然波长范围宽，但波长定位难度大，难以用于探测器量子效率校准。(2)采用符合测量技术虽然可以保证测量精度，但测量过程繁琐、装置复杂；(3)当前采用参量下转换相关光子与符合测量相结合的光辐射计量方法通常只用于光子计数型探测器量子效率的定标，对于极微弱光辐射模拟探测器和基于模拟探测器的高灵敏度测试仪器绝对光谱响应的校准存在困难。
发明内容
为克服现有基于参量下转换过程的相关光子产生技术和符合测量技术在相关光子波长范围和测量过程的复杂度上存在的不足，本发明提供了一种宽光谱可调谐标准单光子源产生装置及光辐射校准方法，该装置采用两路泵浦光分别泵浦两组非线性晶体的方法产生覆盖460nm～2500nm宽光谱可调谐纠缠光子，通过对非线性晶体进行周期切换、温度调谐和相位匹配角切换的方式，实现了不同波长相关光子共线输出，并且输出的光子可直接用于对该波长范围内任意波长点下极微弱光辐射校准与极微弱光辐射探测器绝对光谱响应测试，可省去符合测量的繁琐过程。
为实现上述目的，本发明的一个或多个实施例提供了如下技术方案：
一种宽光谱可调谐标准单光子源产生装置，包括：
沿532nm泵浦光光束前进方向依次设置532nm背景辐射抑制系统、会聚透镜、PPLN晶体和准直透镜；
沿355nm泵浦光光束前进方向依次设置355nm背景辐射抑制系统、会聚透镜、BBO晶体和准直透镜；
所述PPLN晶体和BBO晶体分别置于第一温控炉和第二温控炉中，第一温控炉和第二温控炉分别置于第一平移台和第二平移台上；
通过控制第一平移台和第一温控炉进行晶体周期切换和温度调谐，产生676nm～2500nm相关光子；通过控制第二平移台和第二温控炉进行晶体相位匹配角切换和温度调谐，产生460nm～676nm相关光子。
进一步地，如权利要求1所述的一种宽光谱可调谐标准单光子源产生装置，其特征在于，还包括532nm泵浦光和355nm泵浦光发生装置，包括：
1064nm激光器，沿光束前进方向依次设置第一孔径光阑、激光功率稳定装置、起偏器、半波片、空间滤波装置、准直透镜、第二孔径光阑和第一反射镜，沿光束反射后的方向依次设置会聚透镜、二倍频晶体、准直透镜和第二反射镜；
其中，所述第二孔径光阑和第一反射镜之间设有可移除地半透半反镜；所述准直透镜和第二反射镜之间设有可移除地第三反射镜；沿光束经第三反射镜反射的方向依次设有二向色镜，会聚透镜、三倍频晶体和准直透镜；并且所述二向色镜位于经半透半反镜反射的光线所在光路上；
移除半透半反镜和第三反射镜时，经二倍频晶体产生的光束即为532nm泵浦光；移入半透半反镜和第三反射镜时，经三倍频晶体产生的光束即为355nm泵浦光。
进一步地，所述PPLN晶体为由多块不同周期晶体组成的晶体组，满足一阶准相位匹配。
进一步地，所述BBO晶体为由多块不同相位匹配角度的晶体组成的晶体组。
进一步地，所述532nm背景辐射抑制系统和所述355nm背景辐射抑制系统均由短波通二向色镜、短波通滤光片和吸收池构成。
一个或多个实施例提供了一种极微弱光辐射校准装置，包括所述宽光谱可调谐标准单光子源产生装置，以及
676nm～2500nm相关光子产生方向依次设置相关光子背景辐射抑制系统和二向色镜，分光得到信号光和闲频光；沿信号光和闲频光光束方向分别依次设置耦合透镜、窄带滤光片和标准单光子探测器，分别记为第一信号光通道和第一闲频光通道；
460nm～676nm相关光子产生方向依次设置相关光子背景辐射抑制系统和二向色镜，分光得到信号光和闲频光；沿信号光和闲频光光束方向分别依次设置耦合透镜、窄带滤光片和标准单光子探测器，分别记为第二信号光通道和第二闲频光通道。
进一步地，所述相关光子背景辐射抑制系统由长波通二向色镜、长波通滤光片和吸收池构成。
一个或多个实施例提供了一种基于所述装置的极微弱光辐射校准方法，包括以下步骤：
根据待测试波长选择参量下转换光路，及监视通道和测试通道，其中，
676nm～2500nm波长选择532nm泵浦光光路，该光路包含第一信号光通道和第一闲频光通道两个通道，对应的光谱范围分别为676nm～1064nm和1064nm～2500nm；
460nm～676nm波长选择355nm泵浦光光路，该光路包含第二信号光通道和第二闲频光通道，对应的光谱范围分别为710nm～1555nm和460nm～710nm；
调节单光子源产生装置产生待测试波长的相关光子，利用标准单光子探测器对相应的监视通道输出相关光子进行实时监视，预测测试通道实时输出的相关光子流速率。
以上一个或多个技术方案存在以下有益效果：
(1)现有方案中相关光子波长只局限在几个分立波长点或较窄波长范围，本发明提出一种覆盖460nm～2500nm可见-近红外波段范围内的宽光谱可调谐纠缠光子产生装置，采用两路泵浦光分别泵浦两组非线性晶体的方法产生覆盖460nm-2500nm宽光谱可调谐纠缠光子，通过对非线性晶体进行周期切换、温度调谐和相位匹配角切换的方式实现不同波长相关光子共线输出。可实现该波段范围内任一波长相关光子共线输出；
(2)与当前采用的基于参量下转换相关光子与符合测量相结合的光辐射计量方法相比，本发明提出利用标准单光子探测器监视一路相关光子来预测另一路相关光子实时输出光子流速率的方式，构建标准单光子源用于光辐射计量，而无需符合测量步骤，极大简化了利用相关光子法进行极微弱光辐射校准的流程。
(3)当前采用的基于参量下转换相关光子与符合测量相结合的光辐射计量方法，通常只用于光子计数型探测器量子效率校准，本方案可直接用于极微弱光辐射校准，以及光子计数型和模拟型光电探测器绝对光谱响应定标。
附图说明
构成本发明的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。
图1为本发明一个或多个实施例中宽光谱可调谐标准单光子源原理示意图；
图2为本发明一个或多个实施例中宽光谱可调谐标准单光子源装置示意图；
图3为本发明一个或多个实施例中PPLN晶体组对应相关光子信号光光谱分布；
图4为本发明一个或多个实施例中PPLN晶体组对应相关光子闲频光光谱分布。
图中，1、1064nm激光光源，2、第一孔径光阑，3、激光稳功率装置(LPC)，4、起偏器，5、半波片，6、空间滤波装置，7、光学透镜，8、半透半反镜，9、第一反射镜，10、二倍频晶体，11、第三反射镜，12、二向色镜，13、三倍频晶体，14、二向色镜，15、滤光片，16、吸收池，17、355nm背景辐射抑制系统，18、电动平移台，19、温控炉，20、BBO晶体，21、滤光片轮，22、标准单光子探测器，23、PPLN晶体组，24、辅助泵浦光路相关光子背景辐射抑制系统，25、532nm背景辐射抑制系统，26、主泵浦光路相关光子背景辐射抑制系统，27、第二孔径光阑，28、第二反射镜。
具体实施方式
应该指出，以下详细说明都是示例性的，旨在对本发明提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本发明所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。
需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本发明的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面结合附图对本发明所述一种宽光谱可调谐标准单光子源产生装置做进一步详细说明。
为了产生可以覆盖可见-近红外波段范围的共线输出相关光子，单一波长泵浦光作用下的参量下转换过程已经不能满足波段要求。
本发明的一个实施例提出了一种宽光谱可调谐标准单光子源产生装置，如图2所示，采用1064nm的激光器作为光源，通过PPKTP晶体中的倍频、三倍频过程产生中心波长为532nm和355nm的激光作为自发光参量下转换过程的主泵浦光和辅助泵浦光。在自发光参量下转换非线性晶体的选择和设计方面，主泵浦光光路选择多块周期不同的PPLN晶体组成“晶体组”，“晶体组”置于高精度温控腔体中，晶体温度可以达到在50℃～200℃范围内完全精确可控，通过电动平移台移动进行晶体周期切换，辅以温度调谐的方式产生676nm～2500nm波长范围内任意波长相关光子输出。辅助浦光光路选择多块相位匹配角度不同的BBO晶体组成“晶体组”，“晶体组”置于高精度温控腔体中，晶体温度可以达到在50℃～200℃范围内完全精确可控，通过电动平移台移动进行晶体相位匹配角切换，产生460nm～676nm波长范围内所需波长相关光子输出。
具体地，所述装置包括：1064nm激光光源、激光稳功率与偏振控制装置、空间滤波装置、532nm倍频光产生装置和355nm三倍频光产生装置、532nm主泵浦光泵浦PPLN晶体相关光子产生装置、355nm辅助泵浦光泵浦BBO晶体相关光子产生装置、背景光辐射抑制系统、信号光与闲频光分光与滤波装置、信号光监视装置等。
其中，1064nm激光器1，沿光束前进方向依次设置第一孔径光阑2、激光功率稳定装置3、起偏器4、半波片5、空间滤波装置6、准直透镜7、第二孔径光阑27和第一反射镜9，沿光束反射后的方向依次设置会聚透镜、二倍频晶体10、准直透镜和第二反射镜28；
并且，所述第二孔径光阑27和第一反射镜9之间设有可移除地半透半反镜8；所述准直透镜和第二反射镜28之间设有可移除地第三反射镜11；沿光束经第三反射镜11反射的方向依次设有二向色镜12，会聚透镜、三倍频晶体13和准直透镜；并且所述二向色镜12位于经半透半反镜反射的光线所在光路上；
移除半透半反镜8和第三反射镜11时，经二倍频晶体10产生的光束即为532nm泵浦光；移入半透半反镜8和第三反射镜11时，经三倍频晶体13产生的光束即为355nm泵浦光。
沿532nm泵浦光光束前进方向依次设置532nm背景辐射抑制系统25、会聚透镜、PPLN晶体23和准直透镜；
沿355nm泵浦光光束前进方向依次设置355nm背景辐射抑制17、会聚透镜、BBO晶体20和准直透镜；
所述PPLN晶体和BBO晶体分别置于第一温控炉和第二温控炉中，第一温控炉和第二温控炉分别置于第一平移台和第二平移台上；
通过控制第一平移台和第一温控炉进行晶体周期切换和温度调谐，产生676nm～2500nm相关光子；通过控制第二平移台和第二温控炉进行晶体相位匹配角切换，产生460nm～676nm相关光子。
所述第二温控炉的作用是给BBO晶体提供恒温干燥环境，防止潮解。
基于上述标准单光子源产生装置，本发明的另一实施例提供了一种极微弱光辐射校准装置，包括如实施例一所述宽光谱可调谐标准单光子源产生装置，以及
676nm～2500nm相关光子产生方向依次设置相关光子背景辐射抑制系统24和二向色镜，分光得到信号光和闲频光；沿信号光和闲频光光束方向分别依次设置耦合透镜、窄带滤光片21和标准单光子探测器22，分别记为第一信号光通道(即图1中通道4)和第一闲频光通道(即图1中通道3)；
460nm～676nm相关光子产生方向依次设置相关光子背景辐射抑制系统和二向色镜，分光得到信号光和闲频光；沿信号光和闲频光光束方向分别依次设置耦合透镜、窄带滤光片和标准单光子探测器，分别记为第二信号光通道(即图1中通道1)和第二闲频光通道(即图1中通道2)。
以上一个或多个实施例中，所述标准单光子源产生装置和辐射校准的工作原理如下：
①得到高斯型线偏振光：激光器-1所发出1064nm激光依次经过第一孔径光阑-2、激光功率稳定装置-3、起偏器-4、半波片-5、空间滤波装置-6、准直透镜-7和第二孔径光阑，得到高功率稳定性、高偏振度的高斯型线偏振光。
其中，所述激光功率稳定装置用于控制激光器输出激光的功率稳定性，短时间内功率稳定性优于0.003％；所述起偏器和半波片构成标准单光子源的开关，通过旋转半波片可实现参量下转换过程的开启和关闭；所述空间滤波装置联合准直透镜和孔径光阑用于激光整形，得到平行高斯激光输出；
所述1064nm激光可以是连续光，也可以是脉冲光。
以下②-⑤条为532nm主泵浦光光路标准单光子源产生过程
②得到532nm平行主泵浦光：将半透半反镜-8和反射镜-11移出光路，经整形控制后的1064nm激光直接经反射镜-9进行90°光路折转，然后依次经会聚透镜进入二倍频晶体和准直透镜，产生532nm平行主泵浦光。
其中，所述二倍频晶体放置在晶体温控炉中进行精确控温，减小因环境温度变化对输出波长的影响。所述半透半反镜-8和反射镜-11均通过程控方式实现在光路中自动切换。
③产生676nm～2500nm内所需相关光子：532nm主泵浦光再次经反射镜11进行90°折转后，进入532nm背景辐射抑制系统17，滤除光路中残留的1064nm光子成分。
其中，所述532nm背景辐射抑制系统由短波通二向色镜、短波通滤光片和吸收池构成。
经背景辐射抑制后的主泵浦光经会聚透镜耦合进PPLN晶体23，PPLN晶体23由多块不同周期晶体构成晶体组，晶体组放置在晶体温控炉中，晶体温控炉置于精密电动平移台上。根据所需波长相关光子，查阅图3确定晶体周期和对应控温温度，通过控制平移台和温控炉实现对晶体周期切换和温度调谐，产生676nm-2500nm内所需相关光子。
所述PPLN晶体为周期极化铌酸锂非线性晶体。PPLN晶体满足一阶准相位匹配，极化周期计算公式如下：
其中，∧为极化周期，nj(λj)(j＝p，s，i)分别表示泵浦光、信号光和空闲光在波长λj处在晶体内的折射率，折射率由波长和温度共同决定。对于e偏振的泵浦光在PPLN晶体中的折射率可由塞耳迈耶尔方程表示为：
其中，f＝(T-24.5)(T+570.82)，a1～a6、b1～b4为塞耳迈耶尔方程参数，对于PPLN晶体，其塞耳迈耶尔方程的相关参数为固有常数，整理如下：
表1 PPLN晶体的塞耳迈耶尔方程的相关参数
| 参数 | 数值 | 参数 | 数值 |
| a<sub>1</sub> | 5.35583 | a<sub>2</sub> | 0.100473 |
| a<sub>3</sub> | 0.20692 | a<sub>4</sub> | 100 |
| a<sub>5</sub> | 11.34927 | a<sub>6</sub> | 0.01533 |
| b<sub>1</sub> | 4.629×10<sup>-7</sup> | b<sub>2</sub> | 3.862×10<sup>-8</sup> |
| b<sub>3</sub> | -0.89×10<sup>-8</sup> | b<sub>4</sub> | 2.657×10<sup>-5</sup> |
根据上述公式计算得到9块PPLN晶体周期分别为：8.8388μm、8.5222μm、8.2146μm、7.9254μm、7.6490μm、7.3775μm、7.1172μm、6.8613μm、6.6167μm。不同极化周期PPLN晶体所对应的相关光子光谱分布如图3所示。
④得到信号光和闲频光：主泵浦光产生的相关光子经准直系统准直后首先进入相关光子背景辐射抑制系统-26，滤除残留泵浦光，然后经二向色镜分光得到信号光和闲频光。
其中，所述相关光子背景辐射抑制系统-26由长波通二向色镜、长波通滤光片和吸收池构成。
⑤将信号光经耦合透镜透过窄带滤光片后，耦合进经绝对校准过的单光子探测器进行实时监测，根据监视单光子探测器的实时计数便可知闲频光实时输出相关光子流速率。反之，通过实时监测闲频光输出，便可知信号光实时输出相关光子流速率。
以下⑥-⑨为355nm辅助泵浦光光路标准单光子源产生过程
⑥产生355nm辅助泵浦光：在上述532nm泵浦光光路标准单光子源产生步骤基础上，将半透半反镜-8和反射镜-11移入光路中，经倍频后的532nm激光和1064nm激光一起经耦合透镜耦合进三倍频晶体产生355nm辅助泵浦光。
⑦产生460nm～676nm相关光子：辅助泵浦光进行准直输出后，经355nm背景辐射抑制系统滤除残留1064nm激光和532nm主倍频光，经耦合透镜将355nm辅助泵浦光耦合进BBO晶体中产生460nm～676nm相关光子。
其中，所述355nm背景辐射抑制系统由短波通二向色镜、短波通滤光片和吸收池构成；所述BBO晶体根据输出相关光子波长需要进行相位匹配角度设计；所述BBO晶体由多块不同相位匹配角度的晶体构成晶体组，晶体组放置在晶体温控炉中，晶体温控炉置于精密电动平移台上，根据公式(3)和所需特定波长相关光子，通过移动电动平移台实现BBO晶体相位匹配角切换。
辅助泵浦光路选择多块不同相位匹配角的BBO晶体组成“晶体组”，“晶体组”置于高精度温控腔体中，温控腔体的作用是防止BBO晶体因潮解等因素降低转换效率，通过电动平移台移动进行晶体相位匹配角切换，实现特定相位匹配角所对应波长相关光子共线输出。BBO晶体采用I类相位匹配(e→o+o)，其相位匹配角计算公式如下：
其中no和ne分别是o光和e光的主轴折射率，可由Sellmeier公式计算，
按照上述公式，计算得到460nm信号光对应BBO晶体相位匹配角为28.1°，633nm信号光对应BBO晶体相位匹配角为32.91°，其它波长信号光所对应BBO晶体相位匹配角按同样方法计算。
⑧得到信号光和闲频光：产生相关光子依次进入背景辐射抑制系统-24滤除残留泵浦光，然后经二向色镜分光得到信号光和闲频光。
其中，所述背景辐射抑制系统-24由长波通二向色镜、长波通滤光片和吸收池构成。
⑨将信号光经耦合透镜透过窄带滤光片后，耦合进经绝对校准过的单光子探测器进行实时监测，根据监视单光子探测器的实时计数便可知闲频光实时输出相关光子流速率。反之，通过实时监测闲频光输出，便可知信号光实时输出相关光子流速率。
特别地，也可以直接采用532nm和355nm两个激光器直接输出泵浦光进行参量下转换，可进一步降低装置复杂度。
校准方法包括以下步骤：
步骤1：根据待测试波长选择参量下转换光路，及监视通道和测试通道，其中，
676nm～2500nm波长选择532nm泵浦光光路，该光路包含第一信号光通道(即图1中通道4)和第一闲频光通道(即图1中通道3)两个通道，对应的光谱范围分别为676nm～1064nm和1064nm～2500nm；
460nm～676nm波长选择355nm泵浦光光路，该光路包含第二信号光通道(即图1中通道1)和第二闲频光通道(即图1中通道2)，对应的光谱范围分别为710nm～1555nm和460nm～710nm；
步骤2：调节单光子源产生装置产生待测试波长的相关光子，利用标准单光子探测器对相应的监视通道输出相关光子进行实时监视，预测测试通道实时输出的相关光子流速率。
使用该标准单光子源进行极微弱光辐射校准过程中，首先根据待测试波长选择参量下转换光路及监视通道和测试通道，监视通道和测试通道根据测试波长切换，如要测试808nm波长下探测器绝对光谱响应，则选择532nm光路，并将通道4视为监视通道，调节单光子源产生装置产生808nm相关光子后，利用标准单光子探测器对通道4输出相关光子进行实时监视，便可预测通道3实时输出的808nm相关光子流速率。
利用经绝对校准过的单光子探测器对一路相关光子进行监测，则另一路相关光子的输出光子流速率通过公式修正后便实时可知。
其中，N1λt为信号光光路监视单光子探测器在波长λ、时间t下的计数值；N2λt闲频光光路在波长λ、时间t时的输出单光子数值；η1λ为监视单光子探测器在波长λ下的量子效率；T1λ为信号光光路在波长λ下的透过率；T2λ为闲频光光路波长λ下的透过率。
所述信号光和闲频光光路透过率，是指相关光子从产生到耦合进单光子探测器整个光路下的透过率，需事先通过测量获得。
所述标准单光子探测器是指经相关光子方法、激光衰减方法等由权威计量技术机构校准过量子效率的单光子探测器，包括Si-APD和InGaAs-APD等。
特别地，需要根据单光子源输出校准光的波长通过查阅图3得到监视光波长，并参照监视光波长选择对应的标准单光子探测器(Si单光子探测器和InGaAs单光子探测器)。也可以根据闲频光波长计算得到信号光波长，公式如下：1/λp＝1/λs+1/λi，其中，λp、λs和λi分别为泵浦光、信号光和闲频光波长。
基于该标准单光子源，可实现对460-2500nm范围内任意波长点下APD、PMT类单光子探测器、ICCD等极微弱光模拟探测器校准，及其它相关极微弱光辐射计量应用。
以上一个或多个实施例具有以下技术效果：
(1)现有方案中相关光子波长只局限在几个分立波长点或较窄波长范围，本发明提出一种覆盖460nm～2500nm可见-近红外波段范围内的宽光谱可调谐纠缠光子产生装置，采用两路泵浦光分别泵浦两组非线性晶体的方法产生覆盖460nm-2500nm宽光谱可调谐纠缠光子，通过对非线性晶体进行周期切换、温度调谐和相位匹配角切换的方式实现不同波长相关光子共线输出。可实现该波段范围内任一波长相关光子共线输出；
(2)与当前采用的基于参量下转换相关光子与符合测量相结合的光辐射计量方法相比，本发明提出利用标准单光子探测器监视一路相关光子来预测另一路相关光子实时输出光子流速率的方式，构建标准单光子源用于光辐射计量，而无需符合测量步骤，极大简化了利用相关光子法进行极微弱光辐射校准的流程。
(3)当前采用的基于参量下转换相关光子与符合测量相结合的光辐射计量方法，通常只用于光子计数型探测器量子效率校准，本方案可直接用于极微弱光辐射校准，以及光子计数型和模拟型光电探测器绝对光谱响应定标。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。
Claims (8)
1.一种宽光谱可调谐标准单光子源产生装置，其特征在于，包括：
沿532nm泵浦光光束前进方向依次设置532nm背景辐射抑制系统、会聚透镜、PPLN晶体和准直透镜；
沿355nm泵浦光光束前进方向依次设置355nm背景辐射抑制、会聚透镜、BBO晶体和准直透镜；
所述PPLN晶体和BBO晶体分别置于第一温控炉和第二温控炉中，第一温控炉和第二温控炉分别置于第一平移台和第二平移台上；
通过控制第一平移台和第一温控炉进行晶体周期切换和温度调谐，产生676nm～2500nm相关光子；通过控制第二平移台和第二温控炉进行晶体周期切换和温度调谐，产生460nm-676nm相关光子。
2.如权利要求1所述的一种宽光谱可调谐标准单光子源产生装置，其特征在于，还包括532nm泵浦光和355nm泵浦光发生装置，包括：
1064nm激光器，沿光束前进方向依次设置第一孔径光阑、激光功率稳定装置、起偏器、半波片、空间滤波装置、准直透镜、第二孔径光阑和第一反射镜，沿光束反射后的方向依次设置会聚透镜、二倍频晶体、准直透镜和第二反射镜；
其中，所述第二孔径光阑和第一反射镜之间设有可移除地半透半反镜；所述准直透镜和第二反射镜之间设有可移除地第三反射镜；沿光束经第三反射镜反射的方向依次设有二向色镜，会聚透镜、三倍频晶体和准直透镜；并且所述二向色镜位于经半透半反镜反射的光线所在光路上；
移除半透半反镜和第三反射镜时，经二倍频晶体产生的光束即为532nm泵浦光；移入半透半反镜和第三反射镜时，经三倍频晶体产生的光束即为355nm泵浦光。
3.如权利要求1所述的一种宽光谱可调谐标准单光子源产生装置，其特征在于，
所述PPLN晶体为由多块不同周期晶体组成的晶体组，满足一阶准相位匹配。
4.如权利要求1所述的一种宽光谱可调谐标准单光子源产生装置，其特征在于，
所述BBO晶体为由多块不同相位匹配角度的晶体组成的晶体组。
5.如权利要求1所述的一种宽光谱可调谐标准单光子源产生装置，其特征在于，
所述532nm背景辐射抑制系统和所述355nm背景辐射抑制系统均由短波通二向色镜、短波通滤光片和吸收池构成。
6.一种极微弱光辐射校准装置，其特征在于，包括如权利要求1-5任一项所述宽光谱可调谐标准单光子源产生装置，以及
676nm～2500nm相关光子产生方向依次设置相关光子背景辐射抑制系统和二向色镜，分光得到信号光和闲频光；沿信号光和闲频光光束方向分别依次设置耦合透镜、窄带滤光片和标准单光子探测器，分别记为第一信号光通道和第一闲频光通道；
460nm～676nm相关光子产生方向依次设置相关光子背景辐射抑制系统和二向色镜，分光得到信号光和闲频光；沿信号光和闲频光光束方向分别依次设置耦合透镜、窄带滤光片和标准单光子探测器，分别记为第二信号光通道和第二闲频光通道。
7.如权利要求6所述的一种极微弱光辐射校准装置，其特征在于，所述相关光子背景辐射抑制系统由长波通二向色镜、长波通滤光片和吸收池构成。
8.一种基于如权利要求6或7所述装置的极微弱光辐射校准方法，其特征在于，包括以下步骤：
根据待测试波长选择参量下转换光路，及监视通道和测试通道，其中，676nm～2500nm波长选择532nm泵浦光光路，该光路包含第一信号光通道和第一闲频光通道两个通道，对应的光谱范围分别为676nm～1064nm和1064nm～2500nm；
460nm～676nm波长选择355nm泵浦光光路，该光路包含第二信号光通道和第二闲频光通道，对应的光谱范围分别为710nm～1555nm和460nm～710nm；
调节单光子源产生装置产生待测试波长的相关光子，利用标准单光子探测器对相应的监视通道输出相关光子进行实时监视，预测测试通道实时输出的相关光子流速率。
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