CN117092662A - 一种风场探测的量子干涉激光雷达系统和方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种风场探测的量子干涉激光雷达系统和方法，属激光雷达技术领域。系统包括：激光器、回波光子处理组件、参考光子处理组件、分束器、回波光子到达时间确定组件、参考光子到达时间确定组件和上位机。本申请系统及方法基于气溶胶后向散射信号的相位随机性，消除回波光子的相位信息，并利用具有大带宽的单光子探测器和偏振片消除颜色和偏振信息，实现频率、相位、偏振等自由度的可区分性均擦除的高阶量子擦除。在此基础上，两个全同光子发生具高信噪比的HOM干涉，由干涉条纹的振荡频率就反演得到风场的风速，并且，通过不断增加累积时间，能够实现极低发射功率下的超远距离风场探测。

Description

一种风场探测的量子干涉激光雷达系统和方法

技术领域

本发明涉及激光雷达技术领域，尤其涉及一种风场探测的量子干涉激光雷达系统和方法。

背景技术

1987年，Hong-Ou-Mandel(HOM)干涉现象被发现，即全同的光子同时到达分束器的不同输入端并总是从同一输出端出射的现象，标志着新量子时代的开始，因为它本质上是精确的量子，实现了经典物理到量子物理的分离。HOM干涉不仅广泛应用于高精度的时间测量、光子不可区分程度测量，还在量子信息处理中也有多样化的应用，包括量子计算、量子密钥分发、量子相干层析等，此外，HOM干涉还激发了物理学家对两粒子干涉更广泛的研究，例如：双电子、原子、离子的HOM干涉。

HOM干涉发生的一个必要条件是两个光子在各个维度都具有全同性，即要求观测者无法通过光子的相位、颜色、偏振等信息得知光子的路径信息。而量子擦除概念的提出，使得独立的、来自不同光源的光子的干涉成为可能。量子擦除指通过擦除光子所携带的路径信息，在探测器端使光子完全不可区分，从而恢复干涉条纹。目前已有工作基于量子擦除，实现了相距约150000000km的太阳光和地面可调量子点光源的干涉。但是由于软目标的后向散射截面远小于硬目标，探测难度更大，因此现有的HOM干涉都是应用于硬目标探测。并且，对于HOM干涉来说，由于是硬目标探测，因此两个光子的相位是相关的，需要通过调谐延时使得两者相位一致，或者具有对于探测器而言足够小的时间差来擦除相位可区分性，才能获得著名的HOM“凹陷”。对于两个光子来源不同的情形，更是需要复杂的同步模块。

有鉴于此，特提出本发明。

发明内容

本发明的目的是提供了一种风场探测的量子干涉激光雷达系统和方法，不需要同步模块，不受电磁干扰，具有很好的稳定性，能实现极低发射功率下的超远距离风场探测，进而解决现有技术中存在的上述技术问题。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

一种风场探测的量子干涉激光雷达系统，包括：激光器、回波光子处理组件、参考光子处理组件、分束器、回波光子到达时间确定组件、参考光子到达时间确定组件和上位机；其中，

所述激光器分别设有脉冲光输出端和连续光输出端；

所述分束器分别设有第一光子入射端、第二光子入射端、第一分束光子出射端和第二分束光子出射端；

所述激光器的脉冲光输出端与所述回波光子处理组件的脉冲光输入端连接，能使输出的脉冲光经所述回波光子处理组件出射到大气中；

所述回波光子处理组件，与所述分束器的第一光子入射端连接，能接收大气中脉冲光的气溶胶后向散射信号，并将接收的气溶胶后向散射信号进行偏振处理后作为回波光子输出至所述分束器；

所述激光器的连续光输出端依次经所述参考光子处理组件与所述分束器的第二光子入射端连接，能将输出的连续光经衰减和偏振处理后作为偏振方向与回波光子一致的本地参考光子输出至所述分束器；

所述分束器内的回波光子与本地参考光子发生HOM干涉；

所述分束器的第一分束光子出射端经所述回波光子到达时间确定组件与所述上位机通信连接；

所述分束器的第二分束光子出射端经所述参考光子到达时间确定组件与所述上位机通信连接；

所述上位机能根据所述回波光子到达时间确定组件确定的回波光子的到达时间与所述参考光子到达时间确定组件确定的本地参考光子的到达时间计算归一化符合计数来获得HOM干涉条纹，从所述HOM干涉条纹中提取多普勒频移，通过所述多普勒频移反演计算所测量风场的风速。

一种风场探测的量子干涉方法，采用本发明所述的量子干涉激光雷达系统，包括以下步骤：

步骤S1，由所述系统的激光器发射的脉冲光经所述系统的回波光子处理组件出射到大气中，由所述回波光子处理组件接收大气中气溶胶后向散射信号，并将接收脉冲光的气溶胶后向散射信号进行偏振处理后作为回波光子输出至所述系统的分束器；

步骤S2，所述系统的激光器发射的连续光经所述系统的参考光子处理组件进行衰减与偏振处理后作为与回波光子偏振方向一致的本地参考光子输出至所述分束器；

步骤S3，得到的回波光子与本地参考光子在所述分束器内发生HOM干涉；

步骤S4，通过所述系统的回波光子到达时间确定组件得出回波光子的到达时间，以及通过所述系统的参考光子到达时间确定组件得出本地参考光子的到达时间，通过所述系统的上位机记录全同的回波光子与本地参考光子这两路光子的到达时间；

步骤S5，通过所述上位机根据两路光子的到达时间计算归一化符合计数来获得HOM干涉条纹，从所述HOM干涉条纹中提取多普勒频移，通过所述多普勒频移反演计算所测量风场的风速。

与现有技术相比，本发明所提供的风场探测的量子干涉激光雷达系统和方法，其有益效果包括：

本发明基于脉冲光的气溶胶后向散射信号的相位随机性，擦除回波光子的相位信息，并采用能进行偏振处理的回波光子处理组件和参考光子处理组件，使回波光子与本地参考光子的偏振方向一致，同时， 采用回波光子到达时间确定组件、参考光子到达时间确定组件分别对回波光子与本地参考光子进行颜色擦除处理，实现了从频率、相位、偏振自由度的可区分性均进行擦除的高阶量子擦除，在此基础上，得到两个全同的回波光子与本地参考光子发生具有高信噪比的HOM干涉，由HOM干涉条纹就可以提取多普勒频移信息，从而反演所测量风场的风速，实现有别于现有风场探测手段的基于量子干涉激光雷达系统的风场探测手段。由于是利用大气中气溶胶的后向散射信号的相位随机性，就可以省去现有繁琐的相位调谐过程进而实现相位擦除，并不需要复杂的时间调谐或者同步电路，保证探测精度的同时，也减小了系统的复杂度。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域的普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他附图。

图1为本发明实施例提供的风场探测的量子干涉激光雷达系统的构成示意图。

图2为本发明实施例提供的风场探测的量子干涉方法的流程图。

图3为本发明实施例提供的风场探测的量子干涉方法的具体流程图。

具体实施方式

下面结合本发明的具体内容，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述；显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例，这并不构成对本发明的限制。基于本发明的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明的保护范围。

首先对本文中可能使用的术语进行如下说明：

术语“和/或”是表示两者任一或两者同时均可实现，例如，X和/或Y表示既包括“X”或“Y”的情况也包括“X和Y”的三种情况。

术语“包括”、“包含”、“含有”、“具有”或其它类似语义的描述，应被解释为非排它性的包括。例如：包括某技术特征要素（如原料、组分、成分、载体、剂型、材料、尺寸、零件、部件、机构、装置、步骤、工序、方法、反应条件、加工条件、参数、算法、信号、数据、产品或制品等），应被解释为不仅包括明确列出的某技术特征要素，还可以包括未明确列出的本领域公知的其它技术特征要素。

术语“由……组成”表示排除任何未明确列出的技术特征要素。若将该术语用于权利要求中，则该术语将使权利要求成为封闭式，使其不包含除明确列出的技术特征要素以外的技术特征要素，但与其相关的常规杂质除外。如果该术语只是出现在权利要求的某子句中，那么其仅限定在该子句中明确列出的要素，其他子句中所记载的要素并不被排除在整体权利要求之外。

除另有明确的规定或限定外，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如：可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本文中的具体含义。

当浓度、温度、压力、尺寸或者其它参数以数值范围形式表示时，该数值范围应被理解为具体公开了该数值范围内任何上限值、下限值、优选值的配对所形成的所有范围，而不论该范围是否被明确记载；例如，如果记载了数值范围“2～8”时，那么该数值范围应被解释为包括“2～7”、“2～6”、“5～7”、“3～4和6～7”、“3～5和7”、“2和5～7”等范围。除另有说明外，本文中记载的数值范围既包括其端值也包括在该数值范围内的所有整数和分数。

下面对本发明所提供的风场探测的量子干涉激光雷达系统和方法进行详细描述。本发明实施例中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。本发明实施例中未注明具体条件者，按照本领域常规条件或制造商建议的条件进行。本发明实施例中所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。

如图1所示，本发明实施例提供一种风场探测的量子干涉激光雷达系统，包括：激光器1、回波光子处理组件100、参考光子处理组件200、分束器7、回波光子到达时间确定组件300、参考光子到达时间确定组件400和上位机12；其中，

所述激光器1分别设有脉冲光输出端和连续光输出端；

所述分束器7分别设有第一光子入射端、第二光子入射端、第一分束光子出射端和第二分束光子出射端；

所述激光器1的脉冲光输出端与所述回波光子处理组件100的脉冲光输入端连接，能使输出的脉冲光经所述回波光子处理组件100出射到大气中；

所述回波光子处理组件100，与所述分束器7的第一光子入射端连接，能接收大气中气溶胶后向散射信号，并将接收的气溶胶后向散射信号进行偏振擦除后作为回波光输出至所述分束器7；

所述激光器1的连续光输出端依次经所述参考光子处理组件200与所述分束器7的第二光子入射端连接，能将输出的连续光经衰减和偏振后作为本地参考光输出至所述分束器7；

所述分束器7内的回波光子与本地参考光子发生HOM干涉；

所述分束器7的第一分束光子出射端经所述回波光子到达时间确定组件300与所述上位机12通信连接；

所述分束器7的第二分束光子出射端经所述参考光子到达时间确定组件400与所述上位机12通信连接；

所述上位机12能根据所述回波光子到达时间确定组件确定的回波光子与所述参考光子到达时间确定组件确定的本地参考光子这两路光子的到达时间计算归一化符合计数，获得HOM干涉条纹，从所述HOM干涉条纹中提取多普勒频移，通过所述多普勒频移反演计算所测量风场的风速。

优选的，上述系统中，所述回波光子处理组件100包括：

环形器2、望远镜3和第一偏振片4；其中，

所述环形器2分别设有脉冲光输入端、双向端口和回波光子输出端，所述脉冲光输入端与所述激光器1的脉冲光输出端连接，所述双向端口与所述望远镜3连接，所述回波光子输出端经所述第一偏振片4与所述分束器7的第一光子入射端连接；

所述望远镜3能接收大气中脉冲光的气溶胶后向散射信号，并将接收的气溶胶后向散射信号输出给所述环形器2；

所述第一偏振片4能对所述环形器2输出的气溶胶后向散射信号进行偏振处理后作为回波光子输出给所述分束器7。

优选的，上述系统中，所述参考光子处理组件200包括：

衰减器5和第二偏振片6；其中，

所述衰减器5，与所述激光器1的连续光输出端连接，能对所述激光器1输出的连续光进行衰减；

所述第二偏振片6，连接在所述衰减器5与所述分束器7的第二光子入射端之间，能对所述衰减器5衰减后的连续光进行偏振处理后作为本地参考光输出给所述分束器7。

优选的，上述的第一偏振片4与所述第二偏振片6的偏振方向一致。即经第一偏振片4偏振处理后的回波光子的偏振方向与经第二偏振片6偏振处理后的本地参考光子的偏振方向一致。

优选的，上述系统中，所述回波光子到达时间确定组件300包括：

依次连接的第一单光子探测器8和第一时间数字转换器10；其中，

所述第一单光子探测器8，与所述分束器7的第一分束光子出射端连接，能对所述分束器7输出的回波光子进行颜色擦除后输出的回波光子；

所述第一时间数字转换器10能得出回波光子的到达时间；

所述参考光子到达时间确定组件400包括：

依次连接的第二单光子探测器9和第二时间数字转换器11；其中，

所述第二单光子探测器9，与所述分束器7的第二分束光子出射端连接，能对所述分束器7输出的本地参考光子进行颜色擦除后输出本地参考光子；

所述第二时间数字转换器11能得出本地参考光子的到达时间。

上述的第一单光子探测器8的带宽及第二单光子探测器9的带宽均大于回波光子与本地参考光子之间的频差，这种带宽能满足对光子颜色擦除的需求。

优选的，上述系统中，所述上位机12按以下方式根据所述回波光子到达时间确定组件确定的回波光子的到达时间与所述参考光子到达时间确定组件确定的本地参考光子的到达时间计算归一化符合计数来获得HOM干涉条纹，从所述HOM干涉条纹中提取多普勒频移，包括：

计算两路光子到达时间的归一化符合计数，对得出的归一化符合计数通过傅里叶变换获得HOM干涉条纹的振荡频率，从所述振荡频率中提取多普勒频移，通过所述多普勒频移反演计算所测量风场的风速。

如图2所示，本发明实施例还提供一种风场探测的量子干涉方法，采用上述的量子干涉激光雷达系统，包括以下步骤：

步骤S1，由所述系统的激光器1发射的脉冲光经所述系统的回波光子处理组件100出射到大气中，由所述回波光子处理组件接收大气中气溶胶后向散射信号，并将接收的气溶胶后向散射信号进行偏振处理后作为回波光子输出至所述系统的分束器7；

步骤S2，所述系统的激光器1发射的连续光经所述系统的参考光子处理组件200进行衰减与偏振处理后作为本地参考光子输出至所述分束器7；

步骤S3，得到的回波光子与本地参考光子在所述分束器7内发生HOM干涉；

步骤S4，通过所述系统的回波光子到达时间确定组件300得出回波光子的到达时间，以及通过所述系统的参考光子到达时间确定组件400得出本地参考光子的到达时间，通过所述系统的上位机12记录下全同的回波光子与本地参考光子这两路光子的到达时间；

步骤S5，通过所述上位机12根据两路光子的到达时计算符合计数，获得HOM干涉条纹，从所述HOM干涉条纹中提取多普勒频移，通过所述多普勒频移反演计算所测量风场的风速。

优选的，上述方法的步骤S1中，回波光子处理组件100的环形器2将激光器1输出的脉冲光输出至回波光子处理组件100的望远镜3，由望远镜3将脉冲光出射到大气中，并接收大气中气溶胶后向散射信号输出给环形器2，由环形器2将气溶胶后向散射信号送入回波光子处理组件的第一偏振片4，由第一偏振片4对气溶胶后向散射信号进行偏振擦除后作为回波光输出给分束器7。

优选的，上述方法的步骤S2中，激光器1发射的连续光经参考光子处理组件200的衰减器5进行衰减后，再经第二偏振片进行偏振处理后作为本地参考光输出至分束器7。

优选的，上述方法的步骤S3中，得到的回波光与本地参考光在所述分束器7内发生具高信噪比的HOM干涉形成HOM干涉条纹。

优选的，上述方法的步骤S4中，分束器7分束后输出的回波光进入回波光子到达时间确定组件300的第一单光子探测器8得到回波光子，回波光子进入回波光子到达时间确定组件300的第一时间数字转换器10确定回波光子的到达时间；

分束器7分束后输出的参考光进入参考光子到达时间确定组件400的第二单光子探测器9得到回波光子，参考光子进入参考光子到达时间确定组件400的第二时间数字转换器11确定参考光子的到达时间。

优选的，上述方法的步骤S5中，按以下方式根据两路光子的到达时间计算得出两路光子的HOM干涉条纹的振荡频率，包括：

步骤S51，对每路光子到达时间按累积时间、距离门分段得出各段；

步骤S52，根据分段得出的各段计算归一化符合计数；

步骤S53，将得出归一化符合计数的振荡频率作为HOM干涉条纹的振荡频率；

步骤S54，从所述振荡频率中提取多普勒频移，通过所述多普勒频移反演计算所测量风场的风速。

综上可见，本发明实施例的系统及方法中，由于回波光子到达时间确定组件与参考光子到达时间确定组件均采用了单光子探测器，而单光子探测器基本没有电路噪声，因此更容易达到散粒噪声极限。并且，本发明可通过不断增加累计时间来提高信噪比（SNR），实现超远探测。另外，本发明只记录光子到达时间，降低了数据存储和处理的难度，有可能实现全光纤信号处理，且本发明不需要滤波器和鉴频器，整个探测过程都是纯数字的、单光子的，不受电磁干扰，具有很好的稳定性。本系统结构精简、发射功率低，因此也有望用于星载探测。

为了更加清晰地展现出本发明所提供的技术方案及所产生的技术效果，下面以具体实施例对本发明实施例所提供的风场探测的量子干涉激光雷达系统和方法进行详细描述。

实施例1

本实施例提供一种风场探测的量子干涉激光雷达系统，该系统构成原理图如图1所示，包括：激光器1、环形器2、望远镜3、第一偏振片4、衰减器5、第二偏振片6、分束器7、第一单光子探测器8、第二单光子探测器9、第一时间数字转换器10、第二时间数字转换器11和上位机12；其中，

环形器2、望远镜3和第一偏振片4组成了回波光子处理组件100；

衰减器5与第二偏振片6组成了参考光子处理组件200；

第一单光子探测器8与第一时间数字转换器10组成了回波光子到达时间确定组件300；

第二单光子探测器9与第二时间数字转换器11组成了参考光子到达时间确定组件400。

为保证探测效果，第一单光子探测器8与第二单光子探测器9的带宽均大于回波光子与本地参考光子之间的频差。

其中，激光器1产生两路光信号，一路为脉冲光，一路为连续光，本实施例中，激光器1的优选工作波长为1548.5nm；脉冲光经环形器2由望远镜3出射到大气中，然后由望远镜3接受大气中脉冲光的气溶胶后向散射信号；接收到的气溶胶后向散射信号经环形器3进入第一偏振片4进行偏振处理，然后作为回波光子入射到分束器7；激光器1输出的另一个连续光经衰减器5衰减后进入第二偏振片6进行偏振处理，然后作为本地参考光子同样入射到分束器7，由第一偏振片4进行偏振处理的回波光子与经第二偏振片6进行偏振处理的本地参考光子的偏振方向一致，消除了偏振方向的不同，由于脉冲光的气溶胶后向散射信号具有相位随机性，即不需要复杂的时间调谐或者同步电路，就利用该特性消除了回波光子的相位信息，两路光子由于偏振后也消除了偏振的不同，因此能在分束器7内会形成HOM干涉；分束器7输出的两路光子分别由第一单光子探测器8和第二单光子探测器9探测，然后分别进入第一时间数字转换器10和第二时间数字转换器11，探测两路光子的到达时间；最后，两个时间数字转换器的输出的两路光子的到达时间进入上位机12进行数据处理计算得出所测量风场的风速。具体是，上位机12对每路光子到达时间按累积时间、距离门分段得出各段，根据分段得出的各段计算归一化符合计数，将得出归一化符合计数的振荡频率作为HOM干涉条纹的振荡频率，从所述振荡频率中提取多普勒频移，通过所述多普勒频移反演计算所测量风场的风速。

实施例2

本实施例提供一种风场探测的量子干涉方法，采用实施例1的量子干涉激光雷达系统，该方法的流程如图2、图3所示。首先激光器产生的脉冲光经望远镜出射到大气中并接收脉冲光的气溶胶后向散射信号经偏振处理后作为回波光子，另一路连续光通过衰减器衰减为单光子后经偏振处理，使其偏振方向与回波光子一致作为本地参考光子；利用气溶胶后向散射信号的相位随机性，消除了回波光子的相位信息；通过两个偏振片消除了回波光子和本地参考光子的偏振信息。然后，两路的光子进入分束器，分束器输出的光子分别由两个单光子探测器探测。由于采用的单光子探测器的带宽大于回波光子和本地参考光子之间的频差，使得对探测器而言，回波光子和本地参考光子没有频率上的区分性，从而实现了颜色擦除。探测器后由时间数字转换器记录下输出两路光子到达时间，对两路光子到达时间进行遍历、分段后，计算两路数据的符合计数，然后从中提取多普勒频移信息从而反演所测量风场的风速。由于上述过程实现了各个自由度均擦除的高阶量子擦除，因此能获得高信噪比的HOM干涉条纹，实现超远距离和超精细风场探测。

本实施例方法中涉及的HOM干涉是指全同的两路光子同时到达分束器的不同输入端并总是从同一输出端出射的现象。以偏振态为例，对于一个50：50分束器来说，若两个具有相同偏振态的光子分别从分束器a端、b端同时入射（a端为第一光子入射端，b端为第二光子入射端），那么输出态可以表示为：

；

其中，代表处于量子态模式/>的具有水平（垂直）偏振态的光子产生算符；/>代表真空态；该输出态说明当两个不可区分的光子分别从分束器的a、b端同时入射，此时两个光子只会一起从c端或d端出射。若在两个输出端放置两个单光子探测器同时探测光子输出信号，此时同时探测到光子的巧合计数为0，也就是著名的“HOM凹陷”。

那么若入射光子的偏振态相互垂直，此时输出态可表示为：

；

该输出态说明当两个可区分的光子同时分别从分束器的a、b端入射，此时两个光子会一起从c端或d端出射（c端为第一分束光子输出端，d端为第二分束光子输出端），或者是一个光子从c端出射另一个光子从d端出射，与经典情形相同。

上述公式也说明了HOM干涉只有在两个光子完全不可区分时才会发生，光子的不可区分性越强，HOM干涉的能见度越高。能见度V定义为：

；

其中，分别为巧合计数的最大值和最小值。若两路光子均处于单光子态，能见度极限为1，能见度越接近1，说明光子的不可区分性越好。而对于两路光子均处于相干态的情况，能见度极限为0.5。本发明通过对回波光子和本地参考光子在颜色、相位、偏振等各个自由度均擦除的高阶量子擦除，能够实现接近能见度极限的HOM干涉。而高能见度意味着很好的干涉条纹对比度，因此能够获得很好的信噪比，进而为探测风场的风速提供准确的依据。

下一步，为了获得具有时域和空域分辨的风场分布，本发明利用不同的时间数字转换器记录下各路光子到达时间，然后对光子到达时间进行遍历，按照累积时间、距离门进行分段。对每一段按下述公式计算归一化符合计数：

；

其中，为两路单光子探测器均探测到光子的巧合计数；/>为数据总长或为时间窗口的个数；/>分别为第一单光子探测器、第二单光子探测器记录下的总光子计数。

然后，计算符合计数的傅里叶变换获得其频谱分布，对频谱分布做高斯拟合获得峰值频率，该峰值频率就是所测量风场带来的多普勒频移，对该多普勒频移进行反演计算得到所测量风场的风速。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明披露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求书的保护范围为准。本文背景技术部分公开的信息仅仅旨在加深对本发明的总体背景技术的理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已为本领域技术人员所公知的现有技术。

Claims (10)

1.一种风场探测的量子干涉激光雷达系统，其特征在于，包括：激光器（1）、回波光子处理组件（100）、参考光子处理组件（200）、分束器（7）、回波光子到达时间确定组件（300）、参考光子到达时间确定组件（400）和上位机（12）；其中，

所述激光器（1）分别设有脉冲光输出端和连续光输出端；

所述分束器（7）分别设有第一光子入射端、第二光子入射端、第一分束光子出射端和第二分束光子出射端；

所述激光器（1）的脉冲光输出端与所述回波光子处理组件（100）的脉冲光输入端连接，能使输出的脉冲光经所述回波光子处理组件（100）出射到大气中；

所述回波光子处理组件（100），与所述分束器（7）的第一光子入射端连接，能接收大气中脉冲光的气溶胶后向散射信号，并将接收的气溶胶后向散射信号进行偏振处理后作为回波光子输出至所述分束器（7）；

所述激光器（1）的连续光输出端依次经所述参考光子处理组件（200）与所述分束器（7）的第二光子入射端连接，能将输出的连续光经衰减和偏振处理后作为偏振方向与所述回波光子一致的本地参考光子输出至所述分束器（7）；

所述分束器（7）内的回波光子与本地参考光子发生HOM干涉；

所述分束器（7）的第一分束光子出射端经所述回波光子到达时间确定组件（300）与所述上位机（12）通信连接；

所述分束器（7）的第二分束光子出射端经所述参考光子到达时间确定组件（400）与所述上位机（12）通信连接；

所述上位机（12）能根据所述回波光子到达时间确定组件（300）确定的回波光子的到达时间与所述参考光子到达时间确定组件（400）确定的本地参考光子的到达时间计算归一化符合计数来获得HOM干涉条纹，从所述HOM干涉条纹中提取多普勒频移，通过所述多普勒频移反演计算所测量风场的风速。

2.根据权利要求1所述的风场探测的量子干涉激光雷达系统，其特征在于，所述回波光子处理组件（100）包括：

环形器（2）、望远镜（3）和第一偏振片（4）；其中，

所述环形器（2）分别设有脉冲光输入端、双向端口和回波光子输出端，所述脉冲光输入端与所述激光器（1）的脉冲光输出端连接，所述双向端口与所述望远镜（3）连接，所述回波光子输出端经所述第一偏振片（4）与所述分束器（7）的第一光子入射端连接；

所述望远镜（3）能接收大气中气溶胶后向散射信号，并将接收的气溶胶后向散射信号输出给所述环形器（2）；

所述第一偏振片（4）能对所述环形器（2）输出的气溶胶后向散射信号进行偏振处理后作为回波光子输出给所述分束器（7）；

所述参考光子处理组件（200）包括：

衰减器（5）和第二偏振片（6）；其中，

所述衰减器（5），与所述激光器（1）的连续光输出端连接，能对所述激光器（1）输出的连续光进行衰减；

所述第二偏振片（6），连接在所述衰减器（5）与所述分束器（7）的第二光子入射端之间，能对所述衰减器（5）衰减后的连续光进行偏振处理后作为本地参考光子输出给所述分束器（7）。

3.根据权利要求2所述的风场探测的量子干涉激光雷达系统，其特征在于，

所述第一偏振片（4）与所述第二偏振片（6）的偏振方向一致。

4.根据权利要求1-3任一项所述的风场探测的量子干涉激光雷达系统，其特征在于，所述回波光子到达时间确定组件（300）包括：

依次连接的第一单光子探测器（8）和第一时间数字转换器（10）；其中，

所述第一单光子探测器（8），与所述分束器（7）的第一分束光子出射端连接，能对所述分束器（7）输出的回波光子进行颜色擦除后输出回波光子；

所述第一时间数字转换器（10）能得出回波光子的到达时间。

5.根据权利要求4所述的风场探测的量子干涉激光雷达系统，其特征在于，所述第一单光子探测器（8）的带宽大于回波光子与本地参考光子之间的频差。

6.根据权利要求1-3任一项所述的风场探测的量子干涉激光雷达系统，其特征在于，所述参考光子到达时间确定组件（400）包括：

依次连接的第二单光子探测器（9）和第二时间数字转换器（11）；其中，

所述第二单光子探测器（9），与所述分束器（7）的第二分束光子出射端连接，能对所述分束器（7）输出的本地参考光子进行颜色擦除后输出本地参考光子；

所述第二时间数字转换器（11）能得出本地参考光子的到达时间。

7.根据权利要求6所述的风场探测的量子干涉激光雷达系统，其特征在于，所述第二单光子探测器（9）的带宽大于回波光子与本地参考光子之间的频差。

8.根据权利要求1-3任一项所述的风场探测的量子干涉激光雷达系统，其特征在于，所述上位机（12）按以下方式根据所述回波光子到达时间确定组件确定的回波光子的到达时间与所述参考光子到达时间确定组件确定的本地参考光子的到达时间计算归一化符合计数来获得HOM干涉条纹，包括：

计算两路光子到达时间的归一化符合计数，对得出的归一化符合计数通过傅里叶变换来获得HOM干涉条纹。

9.一种风场探测的量子干涉方法，其特征在于，采用权利要求1-8任一项所述的量子干涉激光雷达系统，包括以下步骤：

步骤S1，由所述系统的激光器（1）发射的脉冲光经所述系统的回波光子处理组件（100）出射到大气中，由所述回波光子处理组件（100）接收大气中脉冲光的气溶胶后向散射信号，并将接收的气溶胶后向散射信号进行偏振处理后作为回波光子输出至所述系统的分束器（7）；

步骤S2，所述系统的激光器（1）发射的连续光经所述系统的参考光子处理组件（200）进行衰减与偏振处理后作为与回波光子偏振方向一致的本地参考光子输出至所述分束器（7）；

步骤S3，得到的回波光子与本地参考光子在所述分束器（7）内发生HOM干涉；

步骤S4，通过所述系统的回波光子到达时间确定组件（300）得出回波光子的到达时间，以及通过所述系统的参考光子到达时间确定组件（400）得出本地参考光子的到达时间，通过所述系统的上位机（12）记录全同的回波光子与本地参考光子这两路光子的到达时间；

步骤S5，通过所述上位机（12）根据两路光子的到达时间计算归一化符合计数来获得HOM干涉条纹，从所述HOM干涉条纹中提取多普勒频移，通过所述多普勒频移反演计算所测量风场的风速。

10.根据权利要求9所述的风场探测的量子干涉方法，其特征在于，所述步骤S5中，按以下方式根据两路光子的到达时间计算归一化符合计数来获得HOM干涉条纹，从所述HOM干涉条纹中提取多普勒频移，通过所述多普勒频移反演计算所测量风场的风速，包括：

步骤S51，对每路光子到达时间按累积时间、距离门分段得出各段；

步骤S52，根据分段得出的各段计算归一化符合计数；

步骤S53，将得出归一化符合计数的振荡频率作为HOM干涉条纹的振荡频率；

步骤S54，从所述振荡频率中提取多普勒频移，通过所述多普勒频移反演计算所测量风场的风速。