[发明专利]一种光纤滤波器

说明书

本发明通过研究发现现有光纤滤波器中存在的缺陷，并由此提出了一种基于光阑的光纤滤波器，其可以包括透镜组、滤波单元和阻光固定结构。透镜组用于实现光信号在光纤与滤波单元之间的光学传输，滤波单元用于对光信号滤波，阻光固定结构用于固定透镜组和滤波单元，且不允许未经滤波单元滤波的光信号向外输出。藉此减少或消除现有滤波器中因杂散光造成的噪声。

技术领域

本发明涉及量子通信领域，具体涉及一种光纤滤波器，其尤其适合用于上转换单光子探测器。

背景技术

量子通信、量子计算、量子测量等应用很大程度上依赖于关键技术和关键器件的发展水平，因此对关键技术和关键器件的研究一直是各国所重视的焦点。国际上通用的通信波段单光子探测器有三类：超导单光子探测器，铟镓砷雪崩二极管单光子探测器和上转换单光子探测器。但商用超导单光子探测器需要连续的制冷装置才能维持有效工作，设备体积大、成本昂贵，为量子通信的实用化设立了障碍。商用的铟镓砷雪崩二极管单光子探测器工作在盖革模式下，具有不需制冷剂、可集成等优势；然而其计数率低，约1000Hz的暗计数和2％左右的后脉冲也限制了其在长距离量子通信的应用。上转换单光子探测器相对于超导单光子探测器体积小，无需外置制冷，可进行集成化小型化，更适合量子通信与量子测量的商业应用，另外其性能指标又大大优于铟镓砷雪崩二极管单光子探测器，因此其可应用在长距离量子通信系统中。

上转换单光子探测器的噪声来源包含两部分，一部分是非线性和频过程中由泵浦光引起的其他非线性效应产生的噪声，如：泵浦光的二倍频和三倍频、泵浦光的自发参量下转换、泵浦光的拉曼效应等；另一部分是硅探测器的本底暗计数。其中非线性效应产生的噪声为上转换单光子探测器的主要噪声来源，而光纤滤波器是上转换单光子探测器滤除噪声的核心器件，研究高效率低噪声的上转换单光子探测器的重要器件。

因此，如何提高光纤滤波器的效率也是本领域的重要研究课题。

发明内容

图1呈现了现有技术中的一种应用于上转换单光子探测器中的光纤滤波器的结构原理图。如图所示，在该光纤滤波器结构中，由入口光纤与G透镜进行耦合，入射光束经过入口光纤进入G透镜，变成平行光入射到C透镜或者G透镜，随后汇聚到滤波片1。光束经过滤波片1入射到滤波片2，再经由C透镜或者G透镜变成平行光入射到最后的G透镜，最终汇聚到光纤内以作为出射光输出。在该光纤滤波器结构中，入射端与出射端的G透镜、C透镜、滤波片分别使用玻璃套管进行填充胶水固定，在玻璃套管外侧用金属套管进行封装，保护玻璃套管以及内部的光学镜片。其中，G透镜为自聚焦透镜，C透镜为球面透镜。

出于进一步改善光纤滤波器性能的需求，本发明人对现有的光纤滤波器结构进行了深入研究，以期发现本领域目前未能意识到的影响光纤滤波器效率的因素。

经研究，本发明人创造性地发现现有的光纤滤波器存在以下对光纤滤波器效率产生不利影响的缺陷：

A、G透镜与C透镜的对接处会有入射光的反射，由于反射光的传输路径具有随机性并且玻璃套管可以透射光线，反射的光可以不经过滤波片1就从后端光纤出射。由于未经过滤波片滤波，就存在很多噪声光子直接耦合进入后端接收系统，其滤波效果差导致上转换单光子探测器的系统噪声高。

B、入射光经过滤波片1后，由于滤波片2胶水固定处有缝隙并且玻璃套管可以透射光线，会造成部分散射光不经过滤波片2，直接进入透镜从后端光纤出射，同样导致滤波效果差，进而导致上转换单光子探测器的系统噪声高。

针对研究发现的上述缺陷，本发明还提出了一种基于光阑的新型光纤滤波器结构，其中通过引入光阑结构来消除上述缺陷造成的影响。

具体而言，本发明涉及一种光纤滤波器，其可以包括透镜组、滤波单元和阻光固定结构。其中，所述透镜组被设置用于光信号在光纤与所述滤波单元之间的光学传输；所述滤波单元被设置用于对所述光信号进行滤波；所述阻光固定结构被设置用于将所述透镜组和所述滤波单元固定于其中，且不允许未经所述滤波单元滤波的光信号向外输出。