[发明专利]一种基于多路径量子干涉的信号放大装置及方法

说明书

本发明公开了一种基于多路径量子干涉的信号放大装置及方法，通过将第一高反镜、第二高反镜和迈克尔逊干涉仪设置于同一注入腔室内形成能够使光线多次反射和干涉的迈克尔逊干涉仪循环腔，利用滤波片和双光子吸收探测器获取光信号，其中滤波片滤除能够导致双光子吸收探测器产生单光子探测的波段的光，使单光子探测的量子效率接近于零，提高其双光子吸收探测的效率，本发明结构简单，光信号的二阶关联度以及信噪比增加明显，在微弱信号测量的领域具有重大的作用；解决了无法探测存在于热光场的聚束以及超聚束效应的问题，通过利用双光子吸收这一非线性过程，使探测响应速率达到了飞秒量级，从而实现我们对于日光、真热光源等光源的超聚束效应的研究。

技术领域

本发明属于量子光学与信号探测的领域，特别涉及到一种基于多路径量子干涉的信号放大装置及方法。

背景技术

对于微弱信号的探测，一直以来都是人们研究的重点。无论是对于微弱的地震波的检测，还是对引力波探测等，这些都具有重大的研究与应用价值，它的发展不仅促进了自然科学的发展，也为国民经济和国防建设创造了有利条件，引起重大的革新。然而微弱信号的探测也面临着很多问题，如系统较复杂，严重依赖光电器件的参数等，这很大程度的阻碍了弱光信号的探测。同时随着量子光学的发展，研究人员发现双光子超聚束效应(其二阶关联度大于2)对提高鬼成像对比度和成像质量方面有着重要作用，它吸引了大量的研究人员的关注。但是大部分的研究都是通过非线性相互作用来产生双光子超聚束效应的，除了效率极低，苛刻的实验条件也极大的制约了超聚束光源的应用。同时由于有很多光源(比如最容易获得的日光，或者卤素灯、LED光源等)的聚束效应并不能被直接获得，主要原因是由于它们的相干时间尺度在皮秒乃至飞秒量级导致探测器的响应速度远远跟不上，更不用说去提高其二阶关联度研究超聚束效应，这也极大的阻碍了我们对弱光场信息的获取和真热光超聚束的实验研究与工程应用。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于多路径量子干涉的信号放大装置及方法，以克服现有技术的不足。

为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种基于多路径量子干涉的信号放大装置，包括滤波片、双光子吸收探测器、计算器以及设置于同一注入腔室内的第一高反镜、第二高反镜和迈克尔逊干涉仪，第一高反镜设置于迈克尔逊干涉仪的入射口与迈克尔逊干涉仪的动镜平行，第一高反镜高反面一侧靠近迈克尔逊干涉仪；第二高反镜设置于迈克尔逊干涉仪的出射口与迈克尔逊干涉仪的定镜平行，第二高反镜的高反面一侧靠近迈克尔逊干涉仪；滤波片设置于第二高反镜的另一侧与第二高反镜平行，双光子吸收探测器设置于滤波片一侧用于获取第二高反镜透射光，计算器连接于双光子吸收探测器和迈克尔逊干涉仪的动镜移动控制台。

进一步的，迈克尔逊干涉仪包括非偏振光分束器、第一平面全反射镜和第二平面全反射镜，第一平面全反射镜为定镜，第二平面全反射镜为动镜。

进一步的，第一高反镜设置于迈克尔逊干涉仪入射口且与第二平面全反射镜平行，第一高反镜高反面一侧靠近迈克尔逊干涉仪；第二高反镜设置于迈克尔逊干涉仪出射口且与第一平面全反射镜平行，第二高反镜的高反面一侧靠近迈克尔逊干涉仪；第二平面全反射镜固定于动镜移动控制台上，动镜移动控制台连接于计算器。

进一步的，第一高反镜至非偏振光分束器中心的距离等于第二高反镜至非偏振光分束器中心的距离。

一种多路径量子干涉的信号放大方法，包括以下步骤：

步骤1)、将真热光源通过第一高反镜入射至同一注入腔室内的迈克尔逊干涉仪；

步骤2)、利用滤波片将第二高反镜的透射光进行滤波，利用双光子吸收探测器实时采集滤波后的透射光线，构建透射光线的二阶关联函数，对二阶关联函数进行归一化处理后得到放大后光信号。

进一步的，步骤2)中，对动镜移动控制台的纵向扫描移动，使真热光在迈克尔逊干涉仪两臂传播时时间差为t₁-t₂，形成双光子干涉。