[发明专利]相干叠加态源超分辨率量子测距系统

说明书

本发明涉及的是相干叠加态源超分辨率量子测距系统，它包括量子态制备系统、量子态相干探测系统、计算机综合分析系统；量子源产生福克态，激光器产生飞秒超短脉本振光量子态，这两种激光量子态通过光束分数器干涉得到叠加相干态，叠加相干态是双模路径纠缠量子态，作为探测信号和参考信号；探测信号在传播过程中产生的相移由相移器表征，由虚拟光束分数器模拟光子数损耗；回波信号和参考信号由光束分数器干涉，干涉信号由光子数分辨探测器转换成二值输出电信号，电信号由计算机综合分析系统进行综合分析，给出目标的距离信息、分辨率、灵敏度。本发明的回波信号的分辨率和灵敏度远高于传统相干态源激光雷达信号，实现了信号的超分辨率测量的目标。

技术领域：

本发明涉及的是量子测距系统，具体涉及的是相干叠加态源超分辨率量子测距系统。

背景技术：

量子理论和量子探测技术的发展促进了精密干涉测量技术的进步。传统的干涉测量的目标是对感兴趣的物体进行高精度距离估计，此距离通常对应干涉仪一个臂上聚集的相位差或光程差。增强型精密干涉测量技术的发展带动了量子度量，量子定位，量子测距，量子成像及量子传感等领域的进步。

根据目前的文献报道的基于最大纠缠双光子态实现超分辨率和超灵敏度的量子传感器对损耗和噪声及其敏感，随着损耗光子数和噪声系数的增加，纠缠双光子态的传感器的精度由海森堡极限过度到散弹噪声极限，使得以纠缠双光子态作为光源的量子测距系统很难得到实际应用。

发明内容：

本发明的目的是提供相干叠加态源超分辨率量子测距系统，这种相干叠加态源超分辨率量子测距系统用于解决传统测距系统分辨率受到瑞利衍射极限限制很难得到实际应用的问题。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：这种相干叠加态源超分辨率量子测距系统包括量子态制备系统、光学发射系统、光学接收系统、量子态相干探测系统、计算机综合分析系统，量子态制备系统包括量子源、激光器、第一50:50光束分数器；量子态相干探测系统包括相移器、两个虚拟光束分数器、第二50:50光束分数器、光子数分辨探测器；

量子源产生福克态，激光器产生飞秒超短脉本振光量子态，这两种激光量子态通过第一50:50光束分数器干涉得到叠加相干态，叠加相干态是双模路径纠缠量子态，其中一个模式的量子态作为探测信号，另一个模式的量子态作为参考信号；探测信号由光学发射系统发射出去并照射目标，探测信号在传播过程中产生的相移由相移器表征，探测信号由第一虚拟光束分数器模拟光子数损耗；参考信号由第二虚拟光束分数器模拟光子数损耗；回波信号由光学接收系统接收，回波信号和参考信号在第二50:50光束分数器处进行干涉，该干涉信号内携带目标的距离信息，该干涉信号由光子数分辨探测器利用二值输出奇偶光子计数探测方法将光信号转换成二值输出电信号，该电信号由计算机综合分析系统进行综合分析，给出目标的性能参数，性能参数包括距离信息、分辨率、灵敏度。

上述方案中量子源为福克态光源，激光器为飞秒超短脉冲激光器。

本发明具有以下有益效果：

1、利用普通的激光脉冲信号照射敌方目标后，回波信号的分辨率为瑞利衍射极限。本发明采用叠加相干态量子源和奇偶光子计数探测方法，实现了超过瑞利极限的分辨率测量，即实现了亚瑞利衍射极限的信号分辨率。本发明在损耗环境下，信号的分辨率仍然优于同样损耗条件下的相干态源信号，因此，本发明对实际量子测距系统而言具有现实意义。

2、在实际有损耗的环境中，本发明的回波信号的分辨率和灵敏度都远远高于传统相干态源激光雷达信号，即实现了信号的超分辨率测量的目标。

附图说明：

图1是本发明的原理图。

图2是奇偶探测输出信号的平均值随着相移的变化曲线。