[发明专利]一种基于窄带放大技术的高频量子噪声探测电路

说明书

本发明公开了一种基于窄带放大技术的高频量子噪声探测电路，包括光电管单元、谐振单元、电压跟随器单元、直流放大单元和交流放大滤波单元，所述的谐振单元输入端口与光电管单元的输出端口相连，谐振单元的直流输出端口与直流放大单元的输入端口相连，所述的直流放大单元输出直流信号，用于监视输入光功率；谐振单元的交流输出端口经电容耦合与电压跟随器单元的输入端口相连，电压跟随器单元的输出端口与交流放大滤波单元的输入端口相连，交流放大滤波单元输出输入光的量子噪声信号。本发明实现了对探测频率的窄带放大，探测中心频率达到83MHZ，带宽为100kHZ。同时，成功实现了高增益的特性，在功率为1mw处中心频率的幅值比带宽外频率高出25dB。

技术领域

本发明涉及光电信息量子测量和量子通信技术领域，更具体地说，涉及一种基于窄带放大技术的高频量子噪声探测电路。

背景技术

近几十年来的实验研究表明，可以制备出一种压缩态光场，其量子噪声小于相干光的量子噪声，可以用该光场进行光学测量、量子通信等实验。连续变量量子信息实验中，相干光的散粒噪声被认为是叠加在测量光场直流分量上的交流分量，是经典光场的噪声极限，但是非常微弱。通常探测要求散粒噪声谱比电子学噪声谱高10dB以上。

2012年，有学者提出了一种高带宽，低噪声的探测器测量方案，利用二级放大结构，设计出了带宽高达80MHZ的探测器，当入射光功率为5mw时，信噪比能达到14.3dB。2015年，周海军等人设计了一种基于跨阻放大器的低噪声，大动态范围的放大器，采用一级放大结构，在2MHZ处，散粒噪声比电子噪声高12.5dB。2017年，有学者制造出了一种平衡零差探测器，做到了频率能够达到76MHZ，且能够测得55dB的共模抑制比。2019年，郑耀辉等人设计了一种基于跨阻放大器电路和电感电容组合的低噪声、高信噪比的平衡零差检测器，可以测量到1-100KHZ频率范围内的亮压缩态，并且在1-100KHZ的频率范围内，给8mw功率的光，可以测得48dB的信噪比。

从上述的探测器设计中可以发现，现有对光场噪声的探测为宽带探测，在高频处由于增益带宽积的限制无法达到很高的增益。

发明内容

1.发明要解决的技术问题

鉴于上述现有技术的不足，本发明提供了一种基于窄带放大技术的高频量子噪声探测电路。本发明以窄带放大的设计在高频处实现高增益的效果，克服了电子学噪声对实验测量的限制。

2.技术方案

为达到上述目的，本发明提供的技术方案为：

本发明是一种基于窄带放大技术的高频量子噪声探测电路，包括光电管单元、谐振单元、电压跟随器单元、直流放大单元和交流放大滤波单元，所述的谐振单元输入端口与光电管单元的输出端口相连，谐振单元的直流输出端口与直流放大单元的输入端口相连，所述的直流放大单元输出直流信号；谐振单元的交流输出端口经电容耦合与电压跟随器单元的输入端口相连，电压跟随器单元的输出端口与交流放大滤波单元的输入端口相连，交流放大滤波单元输出输入光的量子噪声信号。

更进一步地，所述的电压跟随器单元与谐振单元匹配，包括电压跟随器、电阻R2和电阻R3，电压跟随器的同相端口3输入，同相端口3经电阻R2与电容C1耦合连接谐振单元，反相端口2经电阻R3与输出端口6连接；电阻R2和电阻R3组成调节前后输出电压的比例电阻。