CN112577600A - 一种基于手性系统的无损单光子探测装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于手性系统的无损单光子探测方法：首先，单光子从第一光纤装置接收端进入第一光纤装置中，并近乎无损的将单光子从第一光纤装置的输出端耦合到耦合了发射子的一维手性结构中，在耦合了发射子的一维手性结构中的发射子与单光子发生相互作用，该相互作用结束后发射子波函数状态中的基态几率幅改变了±π相移，而单光子不被原子吸收，仍然保持原有特性不变，然后，单光子从第二光纤耦合装置的接收端进入第二光纤耦合装置中，并近乎无损的从第二光纤耦合装置的输出端中透射出来。本发明可以在探测单光子的同时，不破坏信号光子，提高探测率。
Description
技术领域
本发明属于单光子探测技术领域，具体地说，涉及一种基于手性系统的无损单光子探测装置及方法。
背景技术
随着通信技术的发展，通信器件的小型化和可集成化成为了一种必然的发展趋势。当器件尺寸减小到一定程度时，其中的物理规律已经无法用经典理论来解释，而量子理论却可以发挥很好的作用。量子信息这门量子力学与信息技术的交叉学科应运而生，其中的量子纠缠和不可克隆原理使得构建一个高速且安全的量子通信网络成为可能。光子是量子通信网络中传输信息的重要载体，单光子探测器作为最精密的光学测量仪器便成为了量子通信中必不可少的组成部分，其在量子信息、微弱光成像、分布式光纤传感、激光雷达等诸多领域中都有着重要的应用。目前的单光子探测技术大多是可破坏性的，即携带信息的光子最多只能被测量一次；而非破坏性的无损单光子探测技术却可以避免光子在第一次测量中被吸收，进而可以对光子进行二次探测甚至是多次探测，有利于降低探测误差，提高探测效率。
器件的小型化需求推动着纳米结构制造工艺的发展，当结构小到一定尺度时，手性效应被人们发现，其结构即为手性结构，目前的手性结构有很多，例如纳米光纤，回音壁腔，光学晶体波导等等。它们最突出的优势就是尺度小，可集成，光可以近乎无损的输入输出以及传输，最重要的是它提供了一个单光子单原子的平台，为实现全量子的通信网络奠定基础。
发明内容
本发明的第一目的是提供一种基于手性系统的无损单光子探测方法。
本发明的第二目的是提供一种基于手性系统的无损单光子探测装置。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：
本发明的第一方面提供了一种基于手性系统的无损单光子探测方法，包括以下步骤：
首先，单光子从第一光纤装置接收端进入第一光纤装置中，并近乎无损的将单光子从第一光纤装置的输出端耦合到耦合了发射子的一维手性结构中，在耦合了发射子的一维手性结构中的发射子与单光子发生相互作用，该相互作用结束后发射子波函数状态中的基态几率幅改变了±π相移，而单光子不被原子吸收，仍然保持原有特性不变，然后，单光子从第二光纤耦合装置的接收端进入第二光纤耦合装置中，并近乎无损的从第二光纤耦合装置的输出端中透射出来。
所述耦合了发射子的一维手性结构可以耦合一个发射子或多个发射子。
所述发射子与单光子发生相互作用是指单光子被发射子吸收，发射子中处于基态上的电子从基态跃迁到激发态上，再通过发射子的自发辐射过程电子又回到基态上，并同时发射出单光子的过程；此过程中单光子经历了被吸收又被发射的过程，其相互作用前后状态不改变；而发射子经历了被单光子激发到激发态，再通过自发辐射回到基态的过程，其作用前后发射子波函数中的基态几率幅改变了±π相移。
所述发射子可以是有类似原子离散能级结构的物质，如原子、分子、量子点等。
所述耦合了发射子的一维手性结构中发射子与一维手性结构的耦合可以是将发射子掺杂在一维手性结构(如光子晶体波导)中，也可以利用激光冷却技术将发射子囚禁在一维手性结构(如纳米光纤)外侧。
所述耦合了发射子的一维手性结构所能传导的光学模式是单偏振态单模式的，耦合的发射子所在的位置应该是一维手性结构的完全圆偏振模式处。
所述耦合了发射子的一维手性结构中的发射子应制备在选定的基态和激发态的最大叠加态上
其中|0>表示选定的发射子的基态，|1>表示选定的发射子的激发态。
所述发射子与单光子发生相互作用后，发射子波函数状态中的基态几率幅和单光子透射率分别是：
T(Δ)＝|t(Δ)|2 (2)
公式(1)中的Δ＝ω10-ν为失谐量，其中ω10表示发射子两个选定能级|1>和|0>间的跃迁频率，ν表示入射的被探测的单光子频率，γ表示发射子两个选定能级间的自发辐射衰减强度，Γ表示发射子与单光子的耦合强度，i表示虚数单位，t(Δ)表示单光子与发射子相互作用后，发射子波函数中的基态几率幅，φ(Δ)表示发射子波函数中的基态几率幅的相位变化，T(Δ)表示单光子与发射子相互作用后，单光子的透射率。
当无探测单光子出现和有探测单光子出现时，在不出现探测误差的情况下，发射子的波函数状态分别表示如下：
无探测单光子通过时发射子所处的波函数状态：
有探测单光子通过时发射子所处的波函数状态：
所述耦合了发射子的一维手性结构与发射子应处于强耦合状态下，其耦合强度Γ要在40倍的自发辐射衰减强度以上(即Γ≥40γ)，且探测频率在|Δ|≤5γ范围内的单光子，可达到近乎无损且高效的单光子探测效果；此条件下发射子与单光子相互作用后发射子的波函数状态为
其发射子的波函数中的基态|0>的几率幅近乎改变了±π相移，由于±π相移的存在，后续利用原子态检测技术对原子状态进行检测即可判断是否有单光子入射。
本发明的第二方面提供了一种基于手性系统的无损单光子探测装置，是由第一光纤装置、耦合了发射子的一维手性结构、第二光纤耦合装置组成，所述第一光纤装置包括接收端和输出端，所述第二光纤耦合装置包括接收端和输出端，所述第一光纤装置的输出端与所述耦合了发射子的一维手性结构的一端连接，所述耦合了发射子的一维手性结构的另一端与所述第二光纤耦合装置的接收端连接。
所述第一光纤装置可以为光纤耦合器或光纤转换器。
所述耦合了发射子的一维手性结构可以是纳米光纤、光子晶体波导等，一般其尺寸接近光波长，光在其中传播会受到强烈的束缚而出现自旋动量锁定现象，从而出现光的偏振平行于光的传播方向的横向偏振分量，使得光在手性结构中的特定位置处是近乎圆偏振的。
所述发射子可以是有类似原子离散能级结构的物质，如原子、分子、量子点等。
所述发射子与一维手性结构的耦合可以是将发射子掺杂在一维手性结构(如光子晶体波导)中，也可以利用激光冷却技术将发射子囚禁在一维手性结构(如纳米光纤)外侧。
所述第二光纤装置可以为光纤耦合器或光纤转换器。
由于采用上述技术方案，本发明具有以下优点和有益效果：
本发明提供的基于手性系统的无损单光子探测装置及方法可以在探测单光子的同时，不破坏信号光子；本发明提供的基于手性系统的无损单光子探测装置可以通过将一维手性结构耦合多个一维排列的全同二能级发射子来降低探测误差，从而提高探测率；使用的一维手性结构，如纳米光纤和光学晶体波导，既可以实现光子的几乎无损的传输，又可以实现原子与光子的强耦合，是单光子和单原子理想的交互平台，同时有利于该探测器的小型化和可集成化，对于全量子网络来说意义重大。
本发明提供的基于手性系统的无损单光子探测装置及方法，利用手性系统中光子与原子的手性相互作用，使得在有光子作用情况下原子的相关能态与在没有光子作用情况下的原子的相关能态相比改变了±π相移，通过对原子态的探测即可判断是否有单光子存在。此发明结构简单，尺度小，可集成，且操作在单个原子水平，该方案可以无损探测单光子，由此可以对单光子实施多次探测来提高单光子的探测效率，减小误差。
附图说明
图1是本发明的基于手性系统的无损单光子探测装置结构框架图。其中，1为第一光纤装置，2为耦合了发射子的一维手性结构，3为第二光纤耦合装置。
图2是本发明的基于手性系统的无损单光子探测装置中发射子的能级结构图。
图3是单光子从本发明的基于手性系统的无损单光子探测装置中透过的透射率随失谐量的演化图。
图4是单光子从本发明的基于手性系统的无损单光子探测装置中透过的透射几率幅相位随失谐量的演化图。
图5是本发明的基于手性系统的无损单光子探测装置中耦合一个发射子时，不同情况下，二能级发射子的波函数状态示意图。
图6是本发明的基于手性系统的无损单光子探测装置中耦合多个发射子时，不同情况下，二能级发射子的波函数状态示意图。
具体实施方式
为了更清楚地说明本发明，下面结合优选实施例对本发明做进一步的说明。本领域技术人员应当理解，下面所具体描述的内容是说明性的而非限制性的，不应以此限制本发明的保护范围。
实施例1
一种基于手性系统的无损单光子探测方法，包括以下步骤：
首先，单光子从第一光纤装置1接收端进入第一光纤装置1中，并近乎无损的将单光子从第一光纤装置1的输出端耦合到耦合了发射子的一维手性结构2中，在耦合了发射子的一维手性结构2中的发射子与单光子发生相互作用，该相互作用结束后发射子波函数状态中的基态几率幅改变了±π相移，而单光子不被原子吸收，仍然保持原有特性不变，然后，单光子从第二光纤耦合装置3的接收端进入第二光纤耦合装置3中，并近乎无损的从第二光纤耦合装置3的输出端中透射出来。
若无单光子，则第一光纤装置1的接收端不会接收到单光子，则发射子不会与光子发生相互作用，其波函数状态不发生改变。最终利用原子态探测技术对发射子波函数状态进行探测即可得知是否有单光子入射。
所述耦合了发射子的一维手性结构2可以耦合一个发射子或多个发射子。
如图1所示，图1是本发明的基于手性系统的无损单光子探测装置结构框架图。第一光纤装置1的接收端可接收单光子，并近乎无损的将单光子耦合到耦合了发射子的一维手性结构2中，在耦合了发射子的一维手性结构2中的发射子与单光子发生相互作用，该相互作用结束后发射子波函数状态中的基态几率幅改变了±π相移，而单光子不被原子吸收，仍然保持原有特性不变，并可通过第二光纤耦合装置3从基于手性系统的无损单光子探测装置中近乎无损的透射出来。若无单光子，则第一光纤装置1的接收端不会接收到单光子，则发射子不会与光子发生相互作用，其波函数状态不发生改变。最终利用原子态探测技术对发射子波函数状态进行探测即可得知是否有单光子入射。
所述发射子与单光子发生相互作用是指单光子被发射子吸收，发射子中处于基态上的电子从基态跃迁到激发态上，再通过发射子的自发辐射过程电子又回到基态上，并同时发射出单光子的过程；此过程中单光子经历了被吸收又被发射的过程，其相互作用前后状态不改变；而发射子经历了被单光子激发到激发态，再通过自发辐射回到基态的过程，其作用前后发射子波函数中的基态几率幅改变了±π相移。被发射出来的单光子通过第二光纤耦合装置3可再次回到自由空间中或光纤光路中被应用于后续量子网络的光信息通信和光信息处理中。
所述发射子可以是有类似原子离散能级结构的物质，如原子、分子、量子点等。
所述耦合了发射子的一维手性结构2中发射子与一维手性结构的耦合可以是将发射子掺杂在一维手性结构(如光子晶体波导)中，也可以利用激光冷却技术将发射子囚禁在一维手性结构(如纳米光纤)外侧。
所述耦合了发射子的一维手性结构2可以耦合多个全同二能级发射子，进而降低探测误差，提高探测效率。
所述耦合了发射子的一维手性结构2所能传导的光学模式是单偏振态单模式的，耦合的发射子所在的位置应该是一维手性结构的完全圆偏振模式处。
图2是本发明的基于手性系统的无损单光子探测装置中发射子的能级结构图。所述耦合了发射子的一维手性结构2中的发射子应制备在选定的基态和激发态的最大叠加态上
其中|0>表示选定的发射子的基态，|1>表示选定的发射子的激发态。
所述发射子与单光子发生相互作用后，发射子波函数状态中的基态几率幅和单光子透射率分别是：
T(Δ)＝|t(Δ)|2 (2)
公式(1)中的Δ＝ω10-ν为失谐量，其中ω10表示发射子两个选定能级|1>和|0>间的跃迁频率，ν表示入射的被探测的单光子频率，γ表示发射子两个选定能级间的自发辐射衰减强度，Γ表示发射子与单光子的耦合强度，i表示虚数单位，t(Δ)表示单光子与发射子相互作用后，发射子波函数中的基态几率幅，φ(Δ)表示发射子波函数中的基态几率幅的相位变化，T(Δ)表示单光子与发射子相互作用后，单光子的透射率。
当无探测单光子出现和有探测单光子出现时，在不出现探测误差的情况下，发射子的波函数状态分别表示如下：
无探测单光子通过时发射子所处的波函数状态：
有探测单光子通过时发射子所处的波函数状态：
基态|0>可以实际选取铷原子的|5S1/2,F＝3,mF＝3>，对应激发态|1>可实际选取铷原子的|5P3/2,F′＝4,mF′＝4>，或基态|0>可以实际选取铷原子的|5S1/2,F＝3,mF＝-3>，对应激发态|1>可实际选取铷原子的|5P3/2,F′＝4,mF′＝-4>，还可以选择铯原子或者量子点等作为发射子。
耦合了发射子的一维手性结构2与发射子应处于强耦合状态下，其耦合强度Γ要在40倍的自发辐射衰减强度以上(即Γ≥40γ)，且探测频率在|Δ|≤5γ范围内的单光子，可达到近乎无损且高效的单光子探测效果。此条件下发射子与单光子相互作用后发射子的波函数状态为
其发射子的波函数中的基态|0>的几率幅近乎改变了±π相移，由于±π相移的存在，后续利用原子态检测技术对原子状态进行检测即可判断是否有单光子入射。
如图3所示，图3是单光子从本发明的基于手性系统的无损单光子探测装置中透过的透射率随失谐量的演化图。图3是单光子与一个发射子相互作用后的透射率T(Δ)随失谐量Δ在发射子与一维手性结构的耦合强度Γ不同情况下的变化图。当发射子与一维手性结构的耦合强度Γ大于40倍的衰减强度γ时(即Γ≥40γ)，单光子从本发明的基于手性系统的无损单光子探测装置中的透射率几乎在95％以上，说明单光子可以被近乎无损的透射。
如图4所示，图4是单光子从本发明的基于手性系统的无损单光子探测装置中透过的透射机率幅相位随失谐量的演化图。图4是单光子与一个发射子相互作用后，发射子波函数中的基态几率幅的相位随失谐量在发射子与一维手性结构的不同耦合强度下的变化图。
在发射子与一维手性结构耦合强度Γ大于40倍的衰减强度γ时(即Γ≥40γ)，单光子频率在较大范围即|Δ|≤5γ范围内，发射子与单光子相互作用前后，发射子波函数状态中的基态几率幅改变了近乎±π个相移；由此可利用原子态检测技术对发射子波函数状态进行检测即可得到有无单光子入射的结论。
如图5所示，图5是本发明的基于手性系统的无损单光子探测装置中耦合一个发射子时，不同情况下，二能级发射子的波函数状态示意图。本发明的基于手性系统的无损单光子探测装置中的一维手性结构耦合一个发射子情况下，探测单光子有无时发射子波函数变化状态示意图。图5a为一维手性结构耦合一个发射子的情况下，在没有单光子入射时，发射子波函数状态保持初始状态不发生改变；发射子波函数状态：
图5b为一维手性结构耦合一个发射子的情况下，在有单光子入射且探测不出现误差时，发射子波函数中的基态几率幅发生了±π相移的改变，且单光子不被吸收，单光子状态不发生改变；发射子波函数状态：
图5c为一维手性结构耦合一个发射子的情况下，在有单光子入射但探测出现误差时，发射子波函数中的状态不发生改变，且单光子不被吸收，单光子状态不发生改变。发射子波函数状态：
图6是本发明的基于手性系统的无损单光子探测装置中耦合多个发射子时，不同情况下，二能级发射子的波函数状态示意图。图6a为一维手性结构耦合多个全同发射子的情况下，在没有单光子入射时，发射子波函数状态保持初始状态不发生改变；发射子波函数状态：
图6b为一维手性结构耦合多个全同发射子的情况下，在有单光子入射且探测不出现误差时，发射子波函数中的基态几率幅发生了±π个相移的改变，且单光子不被吸收，单光子状态不发生改变；发射子波函数状态：
图6c为一维手性结构耦合多个全同发射子的情况下，在有单光子入射但出现个别探测误差时，大部分发射子波函数基态发生了±π个相移的改变，只有少数发射子波函数状态不发生变化，且单光子不被吸收，单光子状态不发生改变，通过原子态探测技术对发射子所处状态进行探测不会因为个别误差而影响整体结果，从而可提高探测准确度。
实施例2
一种基于手性系统的无损单光子探测装置，是由第一光纤装置1、耦合了发射子的一维手性结构2、第二光纤耦合装置3组成，所述第一光纤装置1包括接收端和输出端，所述第二光纤耦合装置3包括接收端和输出端，所述第一光纤装置1的输出端与所述耦合了发射子的一维手性结构2的一端连接，所述耦合了发射子的一维手性结构2的另一端与所述第二光纤耦合装置3的接收端连接。
所述第一光纤装置1可以为光纤耦合器或光纤转换器。
根据具体探测需求，若探测自由空间中的单光子，则第一光纤装置1可以采用已被广泛应用的光纤耦合器，其可以接收沿着该单光子探测器轴线方向传播的单光子并将单光子近乎无损输出到耦合了发射子的一维手性结构2中；若探测光纤光路中的单光子，则第一光纤装置1可以采用已被广泛应用的光纤转接器，其可以将光纤光路中的单光子近乎无损耦合到一维手性结构2中。
所述耦合了发射子的一维手性结构2可以是纳米光纤、光子晶体波导等，一般其尺寸接近光波长，光在其中传播会受到强烈的束缚而出现自旋动量锁定现象，从而出现光的偏振平行于光的传播方向的横向偏振分量，使得光在手性结构中的特定位置处是近乎圆偏振的。
所述发射子可以是有类似原子离散能级结构的物质，如原子、分子、量子点等。
所述发射子与一维手性结构2的耦合可以是将发射子掺杂在一维手性结构(如光子晶体波导)中，也可以利用激光冷却技术将发射子囚禁在一维手性结构(如纳米光纤)外侧。
所述耦合了发射子的一维手性结构2可以耦合多个全同二能级发射子，进而降低探测误差，提高探测效率。
所述耦合了发射子的一维手性结构2所能传导的光学模式是单偏振态单模式的，耦合的发射子所在的位置应该是一维手性结构的完全圆偏振模式处。
所述第二光纤装置3可以为光纤耦合器或光纤转换器。
根据需要，若从本发明的基于手性系统的无损单光子探测装置中透射出来的单光子需要在自由空间中被再次利用，则所述第二光纤耦合装置3可采用光纤耦合器，其可将单光子近乎无损的输出到自由空间中；若从本发明的基于手性系统的无损单光子探测装置中透射出来的单光子需要在光纤光路中被再次利用，则所述第二光纤耦合装置3可采用光纤转接器，其可将单光子近乎无损的耦合到光纤光路中。
首先，单光子从第一光纤装置1接收端进入第一光纤装置1中，并近乎无损的将单光子从第一光纤装置1的输出端耦合到耦合了发射子的一维手性结构2中，在耦合了发射子的一维手性结构2中的发射子与单光子发生相互作用，然后，单光子从第二光纤耦合装置3的接收端进入第二光纤耦合装置3中，并近乎无损的从第二光纤耦合装置3的输出端中透射出来。
相比于传统的单光子探测方法，该基于手性系统的无损单光子探测方法对探测的单光子不吸收，且不改变光子的原有特性，由此经过探测后透射出来的单光子可以被再次应用于量子网络的信息通信和信息处理中。
相比于传统的单光子探测装置，该基于手性系统的无损单光子探测装置对探测的单光子不吸收，且不改变光子的原有特性，由此经过该探测器的单光子可以被再次应用于量子网络的光信息通信和光信息处理中。
所述光纤耦合器和光纤转接器均可从THORLABS公司官网上根据具体需求购买。
本发明提供的基于手性系统的无损单光子探测装置及方法可以在探测单光子的同时，不破坏信号光子；本发明提供的基于手性系统的无损单光子探测装置可以通过将一维手性结构耦合多个一维排列的全同二能级发射子来降低探测误差，从而提高探测率；使用的一维手性结构，如纳米光纤和光学晶体波导，既可以实现光子的几乎无损的传输，又可以实现原子与光子的强耦合，是单光子和单原子理想的交互平台，同时有利于该探测器的小型化和可集成化，对于全量子网络来说意义重大。
本发明提供的基于手性系统的无损单光子探测装置及方法，利用手性系统中光子与原子的手性相互作用，使得在有光子作用情况下原子的相关能态与在没有光子作用情况下的原子的相关能态相比改变了±π相移，通过对原子态的探测即可判断是否有单光子存在。此发明结构简单，尺度小，可集成，且操作在单个原子水平，该方案可以无损探测单光子，由此可以对单光子实施多次探测来提高单光子的探测效率，减小误差。
以上所述仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专利的技术人员在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述提示的技术内容作出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明方案的范围内。
Claims (10)
1.一种基于手性系统的无损单光子探测方法，其特征在于，包括以下步骤：
首先，单光子从第一光纤装置接收端进入第一光纤装置中，并近乎无损的将单光子从第一光纤装置的输出端耦合到耦合了发射子的一维手性结构中，在耦合了发射子的一维手性结构中的发射子与单光子发生相互作用，该相互作用结束后发射子波函数状态中的基态几率幅改变了±π相移，而单光子不被原子吸收，仍然保持原有特性不变，然后，单光子从第二光纤耦合装置的接收端进入第二光纤耦合装置中，并近乎无损的从第二光纤耦合装置的输出端中透射出来。
2.根据权利要求1所述的基于手性系统的无损单光子探测方法，其特征在于，所述耦合了发射子的一维手性结构耦合一个发射子或多个发射子；
所述发射子与单光子发生相互作用是指单光子被发射子吸收，发射子中处于基态上的电子从基态跃迁到激发态上，再通过发射子的自发辐射过程电子又回到基态上，并同时发射出单光子的过程；此过程中单光子经历了被吸收又被发射的过程，其相互作用前后状态不改变；而发射子经历了被单光子激发到激发态，再通过自发辐射回到基态的过程，其作用前后发射子波函数中的基态几率幅改变了±π相移。
3.根据权利要求2所述的基于手性系统的无损单光子探测方法，其特征在于，所述发射子是有类似原子离散能级结构的物质；
所述耦合了发射子的一维手性结构中发射子与一维手性结构的耦合是将发射子掺杂在一维手性结构中，或利用激光冷却技术将发射子囚禁在一维手性结构外侧。
4.根据权利要求1所述的基于手性系统的无损单光子探测方法，其特征在于，所述耦合了发射子的一维手性结构所能传导的光学模式是单偏振态单模式的，耦合的发射子所在的位置是一维手性结构的完全圆偏振模式处；
所述耦合了发射子的一维手性结构中的发射子应制备在选定的基态和激发态的最大叠加态上
其中|0>表示选定的发射子的基态，|1>表示选定的发射子的激发态。
5.根据权利要求1所述的基于手性系统的无损单光子探测方法，其特征在于，所述发射子与单光子发生相互作用后，发射子波函数状态中的基态几率幅和单光子透射率分别是：
T(Δ)＝|t(Δ)|2 (2)
公式(1)中的Δ＝ω10-ν为失谐量，其中ω10表示发射子两个选定能级|1>和|0>间的跃迁频率，ν表示入射的被探测的单光子频率，γ表示发射子两个选定能级间的自发辐射衰减强度，Γ表示发射子与单光子的耦合强度，i表示虚数单位，t(Δ)表示单光子与发射子相互作用后，发射子波函数中的基态几率幅，φ(Δ)表示发射子波函数中的基态几率幅的相位变化，T(Δ)表示单光子与发射子相互作用后，单光子的透射率。
6.根据权利要求1所述的基于手性系统的无损单光子探测方法，其特征在于，当无探测单光子出现和有探测单光子出现时，在不出现探测误差的情况下，发射子的波函数状态分别表示如下：
无探测单光子通过时发射子所处的波函数状态：
有探测单光子通过时发射子所处的波函数状态：
7.根据权利要求1所述的基于手性系统的无损单光子探测方法，其特征在于，所述耦合了发射子的一维手性结构与发射子应处于强耦合状态下，其耦合强度Γ要在40倍的自发辐射衰减强度以上即Γ≥40γ，且探测频率在|Δ|≤5γ范围内的单光子，可达到近乎无损且高效的单光子探测效果；此条件下发射子与单光子相互作用后发射子的波函数状态为
其发射子的波函数中的基态|0>的几率幅近乎改变了±π相移，由于±π相移的存在，后续利用原子态检测技术对原子状态进行检测即可判断是否有单光子入射。
8.一种权利要求1至7任一项所述的方法所使用的基于手性系统的无损单光子探测装置，其特征在于，是由第一光纤装置、耦合了发射子的一维手性结构、第二光纤耦合装置组成，所述第一光纤装置包括接收端和输出端，所述第二光纤耦合装置包括接收端和输出端，所述第一光纤装置的输出端与所述耦合了发射子的一维手性结构的一端连接，所述耦合了发射子的一维手性结构的另一端与所述第二光纤耦合装置的接收端连接。
9.根据权利要求8所述的基于手性系统的无损单光子探测装置，其特征在于，所述第一光纤装置为光纤耦合器或光纤转换器；
所述耦合了发射子的一维手性结构是纳米光纤、光子晶体波导。
10.根据权利要求8所述的方法所使用的基于手性系统的无损单光子探测装置，其特征在于，所述第二光纤装置为光纤耦合器或光纤转换器。
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