CN215895120U - 一种量子成像装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种量子成像装置，包括激光器、非线性晶体、长通滤波片、偏振分束器、扫描小孔、第一耦合器、成像透镜、第二耦合器、第一光纤跳线、第二光纤跳线、时间符合计数系统、上位机，激光器、非线性晶体、长通滤波片、偏振分束器依前后顺序放置，扫描小孔、第一耦合器依前后顺序放置在偏振分束器的透射光线出射端，成像透镜、成像物体、第二耦合器依前后顺序放置在偏振分束器的反射光线出射端，第一耦合器和第二耦合器分别通过第一光纤跳线和第二光纤跳线连接到时间符合计数系统，时间符合计数系统连接到上位机。本实用新型的优点在于：采用小孔扫描代替空间符合测量模块，减少本底噪声，在降低实验成本的同时降低了系统调试难度。

Description

一种量子成像装置

技术领域

本实用新型涉及量子技术领域，特别是提供了一种量子成像装置。

背景技术

由于基于纠缠光子对的量子成像不受经典瑞利散射极限的限制，突破经典成像极限，使得其在生命科学、信息技术和国防科技等领域具有广泛的应用前景。

一种典型方法如申请号为201810042638.X的专利《纠缠光子对时间和位置同步符合的量子成像装置及方法》，如图1所示，纠缠源1前方设有遮光屏2，纠缠源1的激光器101发出的激光经聚焦镜102聚焦后，通过BBO晶体103发生参量下转换，产生纠缠光子对，纠缠光子对中的信号光子依次通过成像透镜301、滤光片302、分辨率板303 和探测器304到达信号光子位置测量模块305，纠缠光子对中的闲置光子通过滤光片401 和探测器402进入闲置光子位置测量模块403；然后，时间符合测量模块5和空间符合测量模块6对纠缠光子对到达时间和位置进行同步符合测量，其中504为同步采集脉冲；最后，光子计数图像合成模块7进行量子图像的重建。

现有方案中的量子成像装置，直接采用探测器对纠缠光子对中的信号光子和闲置光子进行接收和探测，在实际系统应用中，收集难度较大、探测效率较低，且本底噪声较大。

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题在于如何降低光子收集难度，减少本底噪声。

本实用新型通过以下技术手段实现解决上述技术问题的：一种量子成像装置，包括激光器(10)、非线性晶体(20)、长通滤波片(30)、偏振分束器(40)、扫描小孔(50)、第一耦合器(60)、成像透镜(70)、第二耦合器(90)、第一光纤跳线(100)、第二光纤跳线(110)、时间符合计数系统(120)、上位机(130)，所述激光器(10)、非线性晶体(20)、长通滤波片(30)、偏振分束器(40)依前后顺序放置，扫描小孔(50)、第一耦合器(60)依前后顺序放置在偏振分束器(40)的透射光线出射端，成像透镜(70)、成像物体(80)、第二耦合器(90)依前后顺序放置在偏振分束器(40)的反射光线出射端，第一耦合器(60)通过第一光纤跳线(100)连接到时间符合计数系统(120)，第二耦合器(90)通过第二光纤跳线(110)连接到时间符合计数系统(120)，时间符合计数系统(120)连接到上位机(130)。

作为另一种技术方案，所述第一耦合器(60)和第二耦合器(90)前分别放置有第一滤波片(140)和第二滤波片(150)。

作为优化的技术方案，所述扫描小孔(50)安装在可进行Y轴和Z轴移动的二维平移台上。

进一步的，所述成像物体(80)为能透过光子的空心物体。

进一步的，所述非线性晶体(20)为BBO晶体或者PPKTP晶体。

进一步的，所述激光器(10)出射连续泵浦光或脉冲泵浦光。

进一步的，所述激光器(10)后端放置有光隔离器。

进一步的，所述激光器(10)后端放置有玻片。

进一步的，各器件放置时需满足使光线沿光路垂直入射至光路中各器件中。

进一步的，所述第一光纤跳线(100)和第二光纤跳线(110)为单模光纤或多模光纤。

进一步的，量子成像装置的光路的任何位置均能够加入反射镜来进行光路的折返。

本实用新型的优点在于：

1、采用小孔扫描代替空间符合测量模块，减少本底噪声，在降低实验成本的同时降低了系统调试难度。

2、无需探测器直接对纠缠光子对中的信号光子和闲置光子进行接收和探测，通过激光器配合非线性晶体产生关联光子，代替纠缠光子源，大大降低了实验上光子收集难度，同时提高了可用于进行量子成像的光子对亮度，探测效率高。

附图说明

图1是背景技术中的量子成像装置结构原理图；

图2是本实用新型实施例1的量子成像装置结构原理图；

图3是本实用新型实施例2的量子成像装置结构原理图。

具体实施方式

为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施例，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

实施例1

参阅图2所示，该实施例中，量子成像装置包括激光器10、BBO(β相偏硼酸钡) 晶体20、长通滤波片30、偏振分束器40、扫描小孔50、第一耦合器60、成像透镜70、第二耦合器90、第一光纤跳线100、第二光纤跳线110、时间符合计数系统120、上位机130。

所述激光器10、BBO晶体20、长通滤波片30、偏振分束器40依前后顺序放置，扫描小孔50、第一耦合器60依前后顺序放置在偏振分束器40的透射光线出射端，成像透镜70、成像物体80、第二耦合器90依前后顺序放置在偏振分束器40的反射光线出射端，各器件放置时需满足使光线沿光路垂直入射至光路中各器件中，第一耦合器60 通过第一光纤跳线100连接到时间符合计数系统120，第二耦合器90通过第二光纤跳线 110连接到时间符合计数系统120，时间符合计数系统120连接到上位机130。

扫描小孔50安装在可进行Y轴和Z轴移动的二维平移台上。

该量子成像装置的工作方法如下：

激光器10发射泵浦光泵浦BBO晶体20，经BBO晶体20的参量下转换过程，产生具有时间上等时、空间上共线、偏振上相互垂直的关联光子对，关联光子对经长通滤波片30滤波后，进入偏振分束器40，由偏振分束器40分束，一路经偏振分束器40透射，经过扫描小孔50进入第一耦合器60，根据成像物体形状，二维平移台沿Y轴扫描，或沿Z轴扫描，或同时沿Y轴和Z轴扫描，Z轴为垂直于纸面维度，XYZ轴满足右手坐标系，另一路经偏振分束器40反射，经过成像透镜70和成像物体80后进入第二耦合器90，第一耦合器60和第二耦合器90分别将空间光耦合至第一光纤跳线100和第二光纤跳线110中，由第一光纤跳线100和第二光纤跳线110传输至时间符合计数系统 120，时间符合计数系统120对到达的光子对进行时间符合，结合二维平移台的Y轴和 Z轴读数，即可知晓物体的空间信息，时间符合计数系统120和二维平移台分别将时间符合结果和空间扫描结果上传至上位机130，进行成像物体80的绘制。

下面以对成像物体QUANTUM(单词)进行成像为例来具体说明该量子成像装置的工作过程：

成像物体QUANTUM中各字母做成空心形式，使光子可透过成像物体80。按照系统中选型的成像透镜70的焦距，根据高斯成像公式，在适当位置放置BBO晶体20、扫描小孔50、成像透镜70、成像物体80，且成像物体80距成像透镜70的距离为Z₀，成像透镜70距BBO晶体20的距离为Z₁，Z₁＝Z₃+Z₄，BBO晶体20距扫描小孔50的距离为Z₂，成像透镜70的焦距f满足以下公式：

然后调节扫描小孔50 处的二维平移台Z轴和Y轴，进行Z轴和Y轴扫描，将扫描的位置信息上报至上位机 130，时间符合计数系统120将同时到达系统的光子信息上报至上位机130，上位机130 根据二维平移台上报的位置信息和同时到达的光子信息对成像物体80进行还原与绘制，即可实现非局域的量子成像。

该实施例中，激光器10可出射连续泵浦光也可出射脉冲泵浦光；激光器10后端还可加入光隔离器对激光器10进行保护；激光器10后端还可加入玻片对泵浦光的偏振和相位进行调节；第一光纤跳线100和第二光纤跳线110的芯径有多种选择，可选择单模光纤，也可选择多模光纤；也可在光路的任何位置加入反射镜来进行光路的折返。

实施例2

参阅图3所示，该实施例与实施例1的区别在于，BBO晶体20替换为PPKTP(周期性极化磷酸氧钛钾)晶体20'，并且在第一耦合器60和第二耦合器90前分别加入第一滤波片140和第二滤波片150，以进一步滤除泵浦光及外界噪声光，达到提高信噪比的目的，使成像结果更接近于成像物体80。

具体的，该实施例中，量子成像装置包括激光器10、PPKTP晶体20'、长通滤波片30、偏振分束器40、扫描小孔50、第一耦合器60、成像透镜70、第二耦合器90、第一光纤跳线100、第二光纤跳线110、时间符合计数系统120、上位机130、第一滤波片140 和第二滤波片150。

所述激光器10、PPKTP晶体20'、长通滤波片30、偏振分束器40依前后顺序放置，扫描小孔50、第一滤波片140、耦合器60依前后顺序放置在偏振分束器40的透射光线出射端，成像透镜70、成像物体80、第二滤波片150、耦合器90依前后顺序放置在偏振分束器40的反射光线出射端，第一耦合器60通过第一光纤跳线100连接到时间符合计数系统120，第二耦合器90通过第二光纤跳线110连接到时间符合计数系统120，时间符合计数系统120连接到上位机130。

该量子成像装置的工作方法如下：

激光器10发射泵浦光泵浦PPKTP晶体20'，经PPKTP晶体20'的参量下转换过程，产生具有时间上等时、空间上共线、偏振上相互垂直的关联光子对，关联光子对经长通滤波片30滤波后，进入偏振分束器40，由偏振分束器40分束，一路经偏振分束器40 透射，经过扫描小孔50、第一滤波片140进入第一耦合器60，根据成像物体形状，二维平移台沿Y轴扫描，或沿Z轴扫描，或同时沿Y轴和Z轴扫描，Z轴为垂直于纸面维度，XYZ轴满足右手坐标系，另一路经偏振分束器40反射，经过成像透镜70、成像物体80、第二滤波片150后进入第二耦合器90，第一耦合器60和第二耦合器90分别将空间光耦合至第一光纤跳线100和第二光纤跳线110中，由第一光纤跳线100和第二光纤跳线110传输至时间符合计数系统120，时间符合计数系统120对到达的光子对进行时间符合，结合二维平移台的Y轴和Z轴读数，即可知晓物体的空间信息，时间符合计数系统120和二维平移台分别将时间符合结果和空间扫描结果上传至上位机130，进行成像物体80的绘制。

该实施例中，激光器10可出射连续泵浦光也可出射脉冲泵浦光；激光器10后端还可加入光隔离器对激光器10进行保护；激光器10后端还可加入玻片对泵浦光的偏振和相位进行调节；第一光纤跳线100和第二光纤跳线110的芯径有多种选择，可选择单模光纤，也可选择多模光纤；也可在光路的任何位置加入反射镜来进行光路的折返。

以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种量子成像装置，包括激光器(10)、非线性晶体(20)，其特征在于：还包括长通滤波片(30)、偏振分束器(40)、扫描小孔(50)、第一耦合器(60)、成像透镜(70)、第二耦合器(90)、第一光纤跳线(100)、第二光纤跳线(110)、时间符合计数系统(120)、上位机(130)，所述激光器(10)、非线性晶体(20)、长通滤波片(30)、偏振分束器(40)依前后顺序放置，扫描小孔(50)、第一耦合器(60)依前后顺序放置在偏振分束器(40)的透射光线出射端，成像透镜(70)、成像物体(80)、第二耦合器(90)依前后顺序放置在偏振分束器(40)的反射光线出射端，第一耦合器(60)通过第一光纤跳线(100)连接到时间符合计数系统(120)，第二耦合器(90)通过第二光纤跳线(110)连接到时间符合计数系统(120)，时间符合计数系统(120)连接到上位机(130)。

2.如权利要求1所述的一种量子成像装置，其特征在于：所述第一耦合器(60)和第二耦合器(90)前分别放置有第一滤波片(140)和第二滤波片(150)。

3.如权利要求1所述的一种量子成像装置，其特征在于：所述扫描小孔(50)安装在可进行Y轴和Z轴移动的二维平移台上。

4.如权利要求1所述的一种量子成像装置，其特征在于：所述成像物体(80)为能透过光子的空心物体。

5.如权利要求1所述的一种量子成像装置，其特征在于：所述非线性晶体(20)为BBO晶体或者PPKTP晶体。

6.如权利要求1所述的一种量子成像装置，其特征在于：所述激光器(10)出射连续泵浦光或脉冲泵浦光。

7.如权利要求1所述的一种量子成像装置，其特征在于：所述激光器(10)后端放置有光隔离器和/或玻片。

8.如权利要求1所述的一种量子成像装置，其特征在于：各器件放置时需满足使光线沿光路垂直入射至光路中各器件中。

9.如权利要求1所述的一种量子成像装置，其特征在于：所述第一光纤跳线(100)和第二光纤跳线(110)为单模光纤或多模光纤。

10.如权利要求1所述的一种量子成像装置，其特征在于：量子成像装置的光路的任何位置均能够加入反射镜来进行光路的折返。

Images