專利名稱：高靈敏度上轉(zhuǎn)換單光子探測(cè)系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種單光子探測(cè)系統(tǒng)，尤其是一種高靈敏度上轉(zhuǎn)換單光子探測(cè)系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
單光子探測(cè)器是進(jìn)行超弱光探測(cè)的主要工具，在眾多領(lǐng)域中有著廣泛的應(yīng)用。通信波段的單光子探測(cè)器更是量子通信、量子密碼、光纖時(shí)域反射儀等領(lǐng)域的核心器件，常用的通信波段單光子探測(cè)器有超導(dǎo)探測(cè)器、銦鎵砷雪崩二極管單光子探測(cè)器和上轉(zhuǎn)換探測(cè)器三種。超導(dǎo)探測(cè)器具有噪聲低的優(yōu)點(diǎn)，然而它需要體積龐大、操作繁瑣且價(jià)格昂貴的超低溫冷卻系統(tǒng)，難以在實(shí)際應(yīng)用中使用，此外，商用超導(dǎo)探測(cè)器的探測(cè)效率偏低，也限制了其應(yīng)用。商用的銦鎵砷雪崩二極管單光子探測(cè)器具有體積小、成本低、可集成等優(yōu)勢(shì)，然而它同樣具有探測(cè)效率偏低的缺點(diǎn)，同時(shí)，它顯著的后脈沖效應(yīng)也帶來了高噪聲，使得其應(yīng)用大打折扣。上轉(zhuǎn)換探測(cè)器利用非線性波導(dǎo)將通信波段光頻率改變，上轉(zhuǎn)換成為可見光，并使用硅雪崩二極管單光子探測(cè)器探測(cè)，它具有探測(cè)效率高，室溫工作等優(yōu)勢(shì)，其缺點(diǎn)是在非線性頻率轉(zhuǎn)換過程中低頻泵浦激光產(chǎn)生的拉曼噪聲過高，這嚴(yán)重限制了探測(cè)器及應(yīng)用系統(tǒng)的性能。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種能夠嚴(yán)格抑制上轉(zhuǎn)換探測(cè)器拉曼散射影響的高靈敏度上轉(zhuǎn)換單光子探測(cè)系統(tǒng)。為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用了以下技術(shù)方案一種高靈敏度上轉(zhuǎn)換單光子探測(cè)系統(tǒng)，包括用于接收激光器所發(fā)射泵浦激光的可調(diào)衰減器，可調(diào)衰減器的輸出端與分束器的輸入端相連，分束器的輸出端分別與功率計(jì)、用于接收待耦合信號(hào)光的波分復(fù)用器相連， 波分復(fù)用器的輸出端與非線性波導(dǎo)的輸入端相連，單光子探測(cè)器位于非線性波導(dǎo)的輸出端。由上述技術(shù)方案可知，本發(fā)明中的泵浦激光通過波分復(fù)用，與信號(hào)光進(jìn)入非線性波導(dǎo)，非線性波導(dǎo)能夠在很大程度上消除拉曼噪聲。在非線性波導(dǎo)中，信號(hào)光會(huì)上轉(zhuǎn)換成為可見光，上轉(zhuǎn)換的可見光光子，將被收集到單光子探測(cè)器，進(jìn)行探測(cè)。


圖1是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施例方式一種高靈敏度上轉(zhuǎn)換單光子探測(cè)系統(tǒng)，包括用于接收激光器所發(fā)射泵浦激光的可調(diào)衰減器3，可調(diào)衰減器3的輸出端與分束器4的輸入端相連，分束器4的輸出端分別與功率計(jì)1、用于接收待耦合信號(hào)光的波分復(fù)用器5相連，波分復(fù)用器5的輸出端與非線性波導(dǎo)的輸入端相連，單光子探測(cè)器位于非線性波導(dǎo)的輸出端，如圖1所示?？烧{(diào)衰減器3調(diào)節(jié)輸入到非線性波導(dǎo)的功率，從而可以調(diào)節(jié)上轉(zhuǎn)換探測(cè)器的探測(cè)效率和噪聲。如圖1所示，所述的激光器為摻銩或摻鈥光纖激光器，摻銩或摻鈥光纖激光器所發(fā)射的泵浦激光的波長(zhǎng)為1. 9 μ m 2. 1 μ m，所述的單光子探測(cè)器為硅雪崩二極管單光子探測(cè)器11。所述的非線性波導(dǎo)為周期極化鈮酸鋰波導(dǎo)2，可調(diào)衰減器3的輸出端通過光纖與分束器4的輸入端相連，分束器4的輸出端通過光纖分別與功率計(jì)1、波分復(fù)用器5相連， 波分復(fù)用器5的輸出端通過光纖與周期極化鈮酸鋰波導(dǎo)2的光纖接頭相連。周期極化鈮酸鋰波導(dǎo)2的制作過程是，首先在鈮酸鋰樣品上用光刻蝕定義周期序列，然后通過高電壓形成周期極化，再用光刻蝕的方法定義波導(dǎo)模型，然后將其浸入鈮酸，波導(dǎo)中的鋰離子跟鈮酸中的質(zhì)子進(jìn)行了置換，置換過的樣品折射率高于沒有置換的樣品，形成周期極化鈮酸鋰波導(dǎo)2，周期極化鈮酸鋰波2中只會(huì)傳播TM模式光波，所以上轉(zhuǎn)換探測(cè)器是極化敏感型探測(cè)器。所述的分束器4為99:1分束器，其99%的輸出功率連接到波分復(fù)用器5，最后進(jìn)入周期極化鈮酸鋰波導(dǎo)2作為泵浦光，其1%的輸出功率連接到功率計(jì)1，從而監(jiān)控進(jìn)入周期極化鈮酸鋰波導(dǎo)2的泵浦功率。如圖1所示，所述的周期極化鈮酸鋰波導(dǎo)2的輸出端依次設(shè)置第一顯微物鏡6、濾波裝置、第二顯微物鏡10和硅雪崩二極管單光子探測(cè)器11，硅雪崩二極管單光子探測(cè)器11 放置在三維調(diào)整臺(tái)上，在三個(gè)維度上調(diào)節(jié)硅雪崩二極管單光子探測(cè)器11，從而得到最大的探測(cè)效率。所述的周期極化鈮酸鋰波導(dǎo)2放置在半導(dǎo)體溫控器內(nèi)，半導(dǎo)體溫控器上貼附有熱電偶和致冷模塊，熱電偶的輸出端與控制器的輸入端相連，控制器的輸出端與致冷模塊相連，熱電偶用于檢測(cè)溫度，并將檢測(cè)到的溫度信號(hào)發(fā)送至控制器，由控制器輸出控制信號(hào)至致冷模塊，調(diào)節(jié)溫度的高/低。周期極化鈮酸鋰波導(dǎo)2的溫度由半導(dǎo)體溫控器控制，半導(dǎo)體溫控器的控溫精度可達(dá)+/_ 0.2度。在固定溫度下，上轉(zhuǎn)換探測(cè)器的光譜帶寬與周期極化鈮酸鋰波導(dǎo)2的長(zhǎng)度成反比，而隨著周期極化鈮酸鋰波導(dǎo)2的溫度變化，光譜中心將發(fā)生移動(dòng)。如圖1所示，所述的濾波裝置由低通濾波片7、高透過率相干濾波片8和光闌9組成，低通濾波片7、高透過率相干濾波片8、光闌9依次放置在第一顯微物鏡6和第二顯微物鏡10之間。所述的周期極化鈮酸鋰波導(dǎo)2、第一顯微物鏡6、低通濾波片7、高透過率相干濾波片8、光闌9、第二顯微物鏡10和硅雪崩二極管單光子探測(cè)器11位于同一中心水平軸線上。第一顯微物鏡6用于對(duì)周期極化鈮酸鋰波導(dǎo)2發(fā)出的光進(jìn)行準(zhǔn)直，低通濾波片7用于消除泵浦光二階諧波帶來的噪聲，高透過率相干濾波片8用于消除泵浦光帶來的拉曼噪聲，光闌9用于去除雜散光，第二顯微物鏡10用于將上轉(zhuǎn)換光收集到硅雪崩二極管單光子探測(cè)器11。本發(fā)明中的泵浦激光通過波分復(fù)用，與信號(hào)光進(jìn)入周期極化鈮酸鋰波導(dǎo)2，周期極化鈮酸鋰波導(dǎo)2能夠在很大程度上消除拉曼噪聲。在周期極化鈮酸鋰波導(dǎo)2中，信號(hào)光會(huì)上轉(zhuǎn)換成為可見光，上轉(zhuǎn)換的可見光光子，將被收集到硅雪崩二極管單光子探測(cè)器11進(jìn)行探測(cè)。此外，高透過率相干濾波片8也能夠進(jìn)一步消除泵浦光帶來的拉曼噪聲。
權(quán)利要求
1.一種高靈敏度上轉(zhuǎn)換單光子探測(cè)系統(tǒng)，其特征在于包括用于接收激光器所發(fā)射泵浦激光的可調(diào)衰減器(3)，可調(diào)衰減器(3)的輸出端與分束器(4)的輸入端相連，分束器(4) 的輸出端分別與功率計(jì)(1)、用于接收待耦合信號(hào)光的波分復(fù)用器(5)相連，波分復(fù)用器 (5)的輸出端與非線性波導(dǎo)的輸入端相連，單光子探測(cè)器位于非線性波導(dǎo)的輸出端。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高靈敏度上轉(zhuǎn)換單光子探測(cè)系統(tǒng)，其特征在于所述的激光器為摻銩或摻鈥光纖激光器，摻銩或摻鈥光纖激光器所發(fā)射的泵浦激光的波長(zhǎng)為 1. 9 μ m 2. 1 μ m，所述的單光子探測(cè)器為硅雪崩二極管單光子探測(cè)器(11 )，所述的分束器 (4)為99:1分束器，所述的非線性波導(dǎo)為周期極化鈮酸鋰波導(dǎo)(2)，可調(diào)衰減器(3)的輸出端通過光纖與分束器(4)的輸入端相連，分束器(4)的輸出端通過光纖分別與功率計(jì)(1)、 波分復(fù)用器(5)相連，波分復(fù)用器(5)的輸出端通過光纖與周期極化鈮酸鋰波導(dǎo)(2)的光纖接頭相連。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的高靈敏度上轉(zhuǎn)換單光子探測(cè)系統(tǒng)，其特征在于所述的周期極化鈮酸鋰波導(dǎo)(2)的輸出端依次設(shè)置第一顯微物鏡(6)、濾波裝置、第二顯微物鏡(10)和硅雪崩二極管單光子探測(cè)器(11)，硅雪崩二極管單光子探測(cè)器(11)放置在三維調(diào)整臺(tái)上。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的高靈敏度上轉(zhuǎn)換單光子探測(cè)系統(tǒng)，其特征在于所述的周期極化鈮酸鋰波導(dǎo)(2 )放置在半導(dǎo)體溫控器內(nèi)，半導(dǎo)體溫控器上貼附有熱電偶和致冷模塊，熱電偶的輸出端與控制器的信號(hào)輸入端相連，控制器的信號(hào)輸出端與致冷模塊相連。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的高靈敏度上轉(zhuǎn)換單光子探測(cè)系統(tǒng)，其特征在于所述的濾波裝置由低通濾波片(7)、高透過率相干濾波片(8)和光闌(9)組成，低通濾波片(7)、高透過率相干濾波片(8)、光闌(9)依次放置在第一顯微物鏡(6)和第二顯微物鏡(10)之間。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的高靈敏度上轉(zhuǎn)換單光子探測(cè)系統(tǒng)，其特征在于所述的周期極化鈮酸鋰波導(dǎo)(2)、第一顯微物鏡(6)、低通濾波片(7)、高透過率相干濾波片(8)、光闌 (9)、第二顯微物鏡(10)和硅雪崩二極管單光子探測(cè)器(11)位于同一中心水平軸線上。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種高靈敏度上轉(zhuǎn)換單光子探測(cè)系統(tǒng)，包括用于接收激光器所發(fā)射泵浦激光的可調(diào)衰減器，可調(diào)衰減器的輸出端與分束器的輸入端相連，分束器的輸出端分別與功率計(jì)、用于接收待耦合信號(hào)光的波分復(fù)用器相連，波分復(fù)用器的輸出端與非線性波導(dǎo)的輸入端相連，單光子探測(cè)器位于非線性波導(dǎo)的輸出端。本發(fā)明中的泵浦激光通過波分復(fù)用，與信號(hào)光進(jìn)入非線性波導(dǎo)，非線性波導(dǎo)能夠在很大程度上消除拉曼噪聲。在非線性波導(dǎo)中，信號(hào)光會(huì)上轉(zhuǎn)換成為可見光，上轉(zhuǎn)換的可見光光子，將被收集到單光子探測(cè)器，進(jìn)行探測(cè)。
文檔編號(hào)G01J11/00GK102243107SQ20111009895
公開日2011年11月16日 申請(qǐng)日期2011年4月20日 優(yōu)先權(quán)日2011年4月20日
發(fā)明者張強(qiáng) 申請(qǐng)人:張強(qiáng)