CN210487970U - 基于压缩真空态注入的量子雷达 - Google Patents

Abstract

本申请涉及一种基于压缩真空态注入的量子雷达，该量子雷达包括激光器、第一分束器、第二分束器、第三分束器、压缩装置、信号收发装置和信号检测装置；激光器用于产生光脉冲；第一分束器用于将光脉冲分束为信号光束和参考光束；信号光束经第二分束器分束为第一信号光束和第二信号光束；第一信号光束经信号由收发装置发射，并由收发装置接收返回的待测信号光束；第二信号光束经压缩装置后生成压缩真空态光束；待测信号光束和压缩真空态光束经第三分束器耦合生成耦合光束；耦合光束和参考光束经信号检测装置进行测量。上述量子雷达降低了压缩真空态光束在传输过程中的消耗，有效提高了探测信噪比。

Description

基于压缩真空态注入的量子雷达

技术领域

本申请涉及量子雷达技术领域，特别是涉及一种基于压缩真空态注入的量子雷达。

背景技术

压缩光是量子信息科学的重要资源之一，在光学精密测量、微弱信号检测等领域有着广泛的应用，例如，将压缩真空态注入迈克尔逊干涉仪的暗端，可以提高引力波探测的灵敏度。

相比经典激光雷达，利用压缩光源的量子雷达能够大程度上提升探测信噪比，理论上8dB的压缩度可以使信噪比提高6.25倍，而传统的利用压缩光源的量子雷达在发射光束至反射回波被接收这个过程中的链路损耗很大，导致压缩态在这种工作状态下的好处近乎没有。

实用新型内容

本申请实施例提供一种基于压缩真空态注入的量子雷达，可以降低压缩真空态光束在传输过程中的消耗，有效提高探测信噪比。

一种基于压缩真空态注入的量子雷达，包括激光器、第一分束器、第二分束器、第三分束器、压缩装置、信号收发装置和信号检测装置；

所述激光器用于产生光脉冲；

所述第一分束器用于将所述光脉冲分束为信号光束和参考光束；

所述第二分束器用于将所述信号光束分束为第一信号光束和第二信号光束；

所述信号收发装置用于发射所述第一信号光束，并接收返回的待测信号光束；

所述压缩装置用于压缩所述第二信号光束，并生成压缩真空态光束；

所述第三分束器用于将所述待测信号光束和所述压缩真空态光束耦合，并生成耦合光束；

所述信号检测装置用于接收所述参考光束和所述耦合光束，并进行测量。

在一实施例中，所述压缩装置包括光学参量振荡器。

在一实施例中，所述信号收发装置包括发射端光学望远镜和接收端光学望远镜，所述发射端光学望远镜用于发射所述第一信号光束，所述接收端光学望远镜用于接收所述待测信号光束。

在一实施例中，所述信号检测装置包括第四分束器、第一光子探测器、第二光子探测器、减法器和图像处理系统；所述第四分束器分别与所述第一光子探测器和所述第二光子探测器光路连接，所述第四分束器用于将所述参考光束和所述耦合光束耦合，并输出两路光场分别至所述第一光子探测器和所述第二光子探测器；所述减法器分别与所述第一光子探测器、所述第二光子探测器、所述图像处理系统电路连接。

在一实施例中，所述第四分束器的分束比设置为50:50。

在一实施例中，还包括延时装置，所述延时装置设置在所述参考光束的光路上，用于对所述参考光束进行延时处理。

在一实施例中，还包括相位敏感放大器，所述相位敏感放大器设置在所述耦合光束的光路上。

在一实施例中，还包括信号放大器，所述信号放大器设置在所述第一信号光束的光路上。

上述基于压缩真空态注入的量子雷达中，压缩装置生成的压缩真空态光束留在信号接收端，并与待测信号光束耦合，从而降低了压缩真空态光束在传输过程中的消耗，有效提高了探测信噪比。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术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申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，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的附图。

其中：

图1为第一个实施例中基于压缩真空态注入的量子雷达的结构示意图；

图2为一个实施例中压缩装置的结构示意图；

图3为一个实施例中信号检测装置的结构示意图；

图4为第二个实施例中基于压缩真空态注入的量子雷达的结构示意图。

具体实施方式

为了使本申请的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本申请进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本申请的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本申请的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在限制本申请。可以理解，本申请所使用的术语“第一”、“第二”等可在本文中用于描述各种元件，但这些元件不受这些术语限制。这些术语仅用于将第一个元件与另一个元件区分。举例来说，在不脱离本申请的范围的情况下，可以将第一分束器称为第二分束器，且类似地，可将第二分束器称为第一分束器。第一分束器和第二分束器两者都是分束器，但其不是同一分束器。

本申请一实施例的基于压缩真空态注入的量子雷达，如图1所示，一种基于压缩真空态注入的量子雷达，包括激光器100、第一分束器BS1、第二分束器BS2、第三分束器BS3、压缩装置200、信号收发装置300和信号检测装置400。其中，激光器100用于产生光脉冲；第一分束器BS1用于将光脉冲分束为信号光束和参考光束；第二分束器BS2用于将信号光束分束为第一信号光束和第二信号光束；信号收发装置300用于发射第一信号光束，并接收返回的待测信号光束；压缩装置200用于压缩第二信号光束，并生成压缩真空态光束；第三分束器BS3用于将待测信号光束和压缩真空态光束耦合，并生成耦合光束；信号检测装置400用于接收参考光束和耦合光束，并进行测量。

本实施例中，压缩装置生成的压缩真空态光束留在信号接收端，并与待测信号光束耦合，从而降低了压缩真空态光束在传输过程中的消耗，有效提高了探测信噪比。

具体地，激光器100采用二极管泵浦、外腔倍频的双波长固体激光器。该激光器输出的双波长激光均为线偏振光，其线宽很窄，且具有极低的强度噪声。

具体地，激光器100输出光脉冲后，经过第一分束器BS1分为两束。其中，参考光束留在本地，作为信号检测装置400的本振光。而信号光束再经过第二分束器BS2后分为两束。其中，第一信号光束作为探测目标物体的探测光束，第二信号光束作为压缩装置200的泵浦光。压缩装置200的出射光为压缩真空态光束，其与第一信号光束的回波信号待测信号光束经第三分束器BS3耦合。第三分束器BS3的出射光束为耦合光束，其与参考光束合并后一起进入信号检测装置400进行测量。

在一实施例中，压缩装置200包括光学参量振荡器。

需要说明的是，光学参量振荡器(Optical Parametric Oscillator，OPO)是产生压缩真空态光束的核心装置。如图2所示，光学参量振荡器包括入射镜210、出射镜220和周期性极化晶体。其中，入射镜210的焦距设置为-30mm，出射镜220的焦距设置为-30mm；入射镜210粘在压电陶瓷(图2未显示)上，压电陶瓷固定在镜架(图2未显示)上，出射镜220直接固定在镜架上；周期性极化晶体固定在入射镜210与出射镜220中间。

具体地，周期性极化晶体采用周期性极化磷酸钛氧钾(PPKTP)晶体。可以理解地，与其他周期性极化晶体相比，PPKTP晶体的非线性系数较高，抗机械损伤和抗光损伤能力较强，并且透光范围较宽，包含从紫外光到红外光的全部光谱，并且由于它具有可以在常温下工作、矫顽电压低等特点，因此用PPKTP作为非线性晶体搭建光学参量振荡器。

在一实施例中，信号收发装置300包括发射端光学望远镜TT和接收端光学望远镜RT，发射端光学望远镜TT用于发射第一信号光束，接收端光学望远镜RT用于接收待测信号光束。

在一实施例中，如图3所示，信号检测装置400包括第四分束器BS4、第一光子探测器D1、第二光子探测器D2、减法器和图像处理系统。其中，第四分束器BS4分别与第一光子探测器D1和第二光子探测器D2光路连接，第四分束器BS4用于将参考光束和耦合光束耦合，并输出两路光场分别至第一光子探测器D1和第二光子探测器D2；减法器分别与第一光子探测器D1、第二光子探测器D2、图像处理系统电路连接。

本实施例中，参考光束和耦合光束在第四分束器BS4上进行干涉耦合，第一光子探测器D1和第二光子探测器D2分别探测第四分束器BS4的两路出射光，并将所得光电流信号送入电子信号减法器中相减，最终通过图像处理系统得到待测目标物体的图像信息。

具体地，第四分束器BS4的分束比设置为50:50。

在一实施例中，如图4所示，基于压缩真空态注入的量子雷达还包括延时装置500，该延时装置500设置在参考光束的光路上，用于对参考光束进行延时处理。

应当理解地是，信号光束在探测待测目标物体过程中与参考光束产生了较大的光程差，使得信号光束与参考光束的光联性降低。因此，通过延时装置500对参考光束进行延时处理，确保信号光束与参考光束的相位差恒定，以保持它们之间的光联性。

具体地，延时装置500包括光纤延时线。

在一实施例中，参见图4，基于压缩真空态注入的量子雷达还包括相位敏感放大器(Phase Sensitive Amplifier，PSA)600，相位敏感放大器600设置在耦合光束的光路上。

应当理解地，相位敏感放大器600对相位很敏感，它对和耦合光束中同相的光进行放大，从而提升了耦合光束的信噪比，进而提高了信号检测装置400的探测效率。

在一实施例中，参见图4，基于压缩真空态注入的量子雷达还包括信号放大器700，信号放大器700设置在第一信号光束的光路上。

本实施例中，信号放大器700用于将第一信号光束放大后发射。具体地，信号放大器700包括掺铒光纤放大器(Erbium-dopedOpticalFiber Amplifier，EDFA)和掺镨光纤放大器(Pr-doped fiber amplifier，PDFA)。

以上实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本申请的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本申请专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本申请的保护范围。因此，本申请专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (8)

1.一种基于压缩真空态注入的量子雷达，其特征在于，包括激光器、第一分束器、第二分束器、第三分束器、压缩装置、信号收发装置和信号检测装置；

所述激光器用于产生光脉冲；

所述第一分束器用于将所述光脉冲分束为信号光束和参考光束；

所述第二分束器用于将所述信号光束分束为第一信号光束和第二信号光束；

所述信号收发装置用于发射所述第一信号光束，并接收返回的待测信号光束；

所述压缩装置用于压缩所述第二信号光束，并生成压缩真空态光束；

所述第三分束器用于将所述待测信号光束和所述压缩真空态光束耦合，并生成耦合光束；

所述信号检测装置用于接收所述参考光束和所述耦合光束，并进行测量。

2.根据权利要求1所述的基于压缩真空态注入的量子雷达，其特征在于，所述压缩装置包括光学参量振荡器。

3.根据权利要求1所述的基于压缩真空态注入的量子雷达，其特征在于，所述信号收发装置包括发射端光学望远镜和接收端光学望远镜，所述发射端光学望远镜用于发射所述第一信号光束，所述接收端光学望远镜用于接收所述待测信号光束。

4.根据权利要求1所述的基于压缩真空态注入的量子雷达，其特征在于，所述信号检测装置包括第四分束器、第一光子探测器、第二光子探测器、减法器和图像处理系统；所述第四分束器分别与所述第一光子探测器和所述第二光子探测器光路连接，所述第四分束器用于将所述参考光束和所述耦合光束耦合，并输出两路光场分别至所述第一光子探测器和所述第二光子探测器；所述减法器分别与所述第一光子探测器、所述第二光子探测器、所述图像处理系统电路连接。

5.根据权利要求4所述的基于压缩真空态注入的量子雷达，其特征在于，所述第四分束器的分束比设置为50:50。

6.根据权利要求1所述的基于压缩真空态注入的量子雷达，其特征在于，还包括延时装置，所述延时装置设置在所述参考光束的光路上，用于对所述参考光束进行延时处理。

7.根据权利要求1所述的基于压缩真空态注入的量子雷达，其特征在于，还包括相位敏感放大器，所述相位敏感放大器设置在所述耦合光束的光路上。

8.根据权利要求1所述的基于压缩真空态注入的量子雷达，其特征在于，还包括信号放大器，所述信号放大器设置在所述第一信号光束的光路上。

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