本發(fā)明涉及量子雷達(dá)領(lǐng)域，尤其是涉及了一種基于相干性增強(qiáng)的非接觸量子雷達(dá)系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

1、量子雷達(dá)是一種基于量子糾纏態(tài)和符合量子測量的新型目標(biāo)探測技術(shù)，具有強(qiáng)背景噪聲下暗弱目標(biāo)探測能力。目前量子雷達(dá)主要依托量子糾纏態(tài)制備和符合量子測量實現(xiàn)目標(biāo)探測。為了實現(xiàn)符合量子測量，需要實現(xiàn)參考信號與回波信號之間的同步探測，這給參考信號的量子存儲提出了較高要求。目前，成熟的量子存儲帶寬十分有限，極大地影響著量子雷達(dá)的實際目標(biāo)探測性能。

2、本發(fā)明提出一種基于相干性增強(qiáng)的非接觸量子雷達(dá)系統(tǒng)。該系統(tǒng)采用兩份量子糾纏的相干迭加獲得信號源，利用量子態(tài)的路徑不可區(qū)分實現(xiàn)目標(biāo)的成像，克服了常見量子雷達(dá)對于量子存儲器的嚴(yán)苛限制。同時，由于采用非接觸成像，可以在較強(qiáng)噪聲強(qiáng)度下實現(xiàn)目標(biāo)成像，為未來實用化的量子雷達(dá)技術(shù)提供了關(guān)鍵支撐。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、為了解決背景技術(shù)中所存在的問題，本發(fā)明提出了一種基于相干性增強(qiáng)的非接觸量子雷達(dá)系統(tǒng)。

2、一種基于相干性增強(qiáng)的非接觸量子雷達(dá)系統(tǒng)，包括激光器、光可變分束器、檢測接收單元和全同性驗證單元，檢測接收單元包括第一參量轉(zhuǎn)換單元、第一準(zhǔn)直器和第二準(zhǔn)直器，全同性驗證單元包括偏振單元、第二參量轉(zhuǎn)換單元、光子信號延遲調(diào)節(jié)單元、零光子擦除裝置、第一光學(xué)分束器和第二單光子探測器，激光器發(fā)出的光通過光可變分束器分為第一光路和第二光路，第一光路經(jīng)過第一參量轉(zhuǎn)換單元的轉(zhuǎn)換后，通過第一準(zhǔn)直器后到達(dá)檢測目標(biāo)，檢測目標(biāo)的反射光經(jīng)第二準(zhǔn)直器后達(dá)到第一光學(xué)分束器；第二光路依次通過偏振單元的偏振處理和第二參量轉(zhuǎn)換單元的轉(zhuǎn)換處理后，再依次通過光子信號延遲調(diào)節(jié)單元和零光子擦除裝置后到達(dá)第一光學(xué)分束器，第二單光子探測器接收第一光學(xué)分束器對第一光路和第二光路的輸出并輸出驗證結(jié)果。

3、基于上述，包括反饋調(diào)節(jié)單元，反饋調(diào)節(jié)單元包括第二光學(xué)分束器、第一單光子探測器、第四單光子探測器、第三單光子探測器、時間數(shù)字轉(zhuǎn)換器和信號邏輯處理單元，第一光路經(jīng)第一參量轉(zhuǎn)換單元轉(zhuǎn)換后的第一參量進(jìn)入第一準(zhǔn)直器、第二參量進(jìn)入第二光學(xué)分束器，第二光路經(jīng)第二參量轉(zhuǎn)換單元轉(zhuǎn)換后的第三參量進(jìn)入光子信號延遲調(diào)節(jié)單元、第四參量進(jìn)入第二光學(xué)分束器，第一單光子探測器和第四單光子探測器分別連接第二光學(xué)分束器的輸出端；零光子擦除裝置的輔助光場輸入端口用于輸入真空態(tài)量子態(tài)，輔助光場輸出端口連接第三單光子探測器；時間數(shù)字轉(zhuǎn)換器接收第一單光子探測器、第二單光子探測器、第三單光子探測器和第四單光子探測器的光信號并轉(zhuǎn)換為時間信息，信號邏輯處理單元根據(jù)時間數(shù)字轉(zhuǎn)換器輸出的時間信息控制調(diào)節(jié)第一準(zhǔn)直器、第二準(zhǔn)直器、光子信號延遲調(diào)節(jié)單元和光可變分束器。

4、基于上述，包括第二電控直線位移臺，信號邏輯處理單元通過第二電控直線位移臺控制連接第一準(zhǔn)直器和第二準(zhǔn)直器。

5、基于上述，第一參量轉(zhuǎn)換單元和第二參量轉(zhuǎn)換單元分別為非線性晶體，晶體長度為20mm；激光器的輸出為405nm波長的光，第一參量轉(zhuǎn)換單元和第二參量轉(zhuǎn)換單元分別將第一光路的光和第二光路的光轉(zhuǎn)換為842nm和780nm波長的參量下轉(zhuǎn)換光。

6、基于上述，第一準(zhǔn)直器包括第一凹透鏡和第一凸透鏡，第一凹透鏡焦距為f1＝-50mm，第一凸透鏡焦距為f2＝150mm，第一凹透鏡和第一凸透鏡的直徑均為25.4mm，第一凹透鏡和第一凸透鏡的中心點相距為200mm。

7、基于上述，第二準(zhǔn)直器包括第二凹透鏡和第二凸透鏡，第二凹透鏡焦距為f3＝150mm，第二凸透鏡焦距為f4＝-50mm，第二凹透鏡和第二凸透鏡的直徑均為25.4mm，第二凹透鏡和第二凸透鏡的中心點相距為200mm。

8、基于上述，偏振單元包括半波片和四分之一波片，第二光路的光依次經(jīng)過半波片和四分之一波片后進(jìn)入第二參量轉(zhuǎn)換單元。

9、基于上述，光子信號延遲調(diào)節(jié)單元包括第一電控直線位移臺和兩個三棱鏡，第一電控直線位移臺驅(qū)動連接兩個所述三棱鏡。

10、基于上述，零光子擦除裝置為非對稱干涉儀，非對稱干涉儀包括第三光學(xué)分束器、第四光學(xué)分束器、第四反射鏡、第五反射鏡和第三單光子探測器，第二光路的光依次經(jīng)過第三光學(xué)分束器和第四光學(xué)分束器后進(jìn)入第一光學(xué)分束器；第三光學(xué)分束器的輔助光場輸入端口用于輸入真空態(tài)量子態(tài)，輔助光場經(jīng)由第三光學(xué)分束器后依次經(jīng)過第四反射鏡和第五反射鏡的反射，再進(jìn)入第四光學(xué)分束器，第四光學(xué)分束器的輔助光場輸出端口連接第三單光子探測器。

11、基于上述，第三光學(xué)分束器的透過率為t3＝0.2，第四光學(xué)分束器的透過率為t4＝0.24，t3與t4的比值為t3:t4＝1:1.2；第三單光子探測器的探測效率為η＝0.4。

12、本發(fā)明相對現(xiàn)有技術(shù)具有突出的實質(zhì)性特點和顯著的進(jìn)步，具體的說，本發(fā)明采用零光子擦除方案實現(xiàn)相干性增強(qiáng)，零光子擦除成功概率高達(dá)90％，對量子態(tài)和量子糾纏態(tài)造成的資源消耗較小，提升了單光子光學(xué)干涉的干涉可見度，采用光子干涉機(jī)制實現(xiàn)了與背景中噪聲光子的解耦合，具有對背景噪聲的免疫性，大幅提升了非接觸成像的效果。

技術(shù)特征：

1.一種基于相干性增強(qiáng)的非接觸量子雷達(dá)系統(tǒng)，其特征在于：包括激光器、光可變分束器、檢測接收單元和全同性驗證單元，檢測接收單元包括第一參量轉(zhuǎn)換單元、第一準(zhǔn)直器和第二準(zhǔn)直器，全同性驗證單元包括偏振單元、第二參量轉(zhuǎn)換單元、光子信號延遲調(diào)節(jié)單元、零光子擦除裝置、第一光學(xué)分束器和第二單光子探測器，激光器發(fā)出的光通過光可變分束器分為第一光路和第二光路，第一光路經(jīng)過第一參量轉(zhuǎn)換單元的轉(zhuǎn)換后，通過第一準(zhǔn)直器后到達(dá)檢測目標(biāo)，檢測目標(biāo)的反射光經(jīng)第二準(zhǔn)直器后達(dá)到第一光學(xué)分束器；第二光路依次通過偏振單元的偏振處理和第二參量轉(zhuǎn)換單元的轉(zhuǎn)換處理后，再依次通過光子信號延遲調(diào)節(jié)單元和零光子擦除裝置后到達(dá)第一光學(xué)分束器，第二單光子探測器接收第一光學(xué)分束器對第一光路和第二光路的輸出并輸出驗證結(jié)果。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于相干性增強(qiáng)的非接觸量子雷達(dá)系統(tǒng)，其特征在于：包括反饋調(diào)節(jié)單元，反饋調(diào)節(jié)單元包括第二光學(xué)分束器、第一單光子探測器、第四單光子探測器、第三單光子探測器、時間數(shù)字轉(zhuǎn)換器和信號邏輯處理單元，第一光路經(jīng)第一參量轉(zhuǎn)換單元轉(zhuǎn)換后的第一參量進(jìn)入第一準(zhǔn)直器、第二參量進(jìn)入第二光學(xué)分束器，第二光路經(jīng)第二參量轉(zhuǎn)換單元轉(zhuǎn)換后的第三參量進(jìn)入光子信號延遲調(diào)節(jié)單元、第四參量進(jìn)入第二光學(xué)分束器，第一單光子探測器和第四單光子探測器分別連接第二光學(xué)分束器的輸出端；零光子擦除裝置的輔助光場輸入端口用于輸入真空態(tài)量子態(tài)，輔助光場輸出端口連接第三單光子探測器；時間數(shù)字轉(zhuǎn)換器接收第一單光子探測器、第二單光子探測器、第三單光子探測器和第四單光子探測器的光信號并轉(zhuǎn)換為時間信息，信號邏輯處理單元根據(jù)時間數(shù)字轉(zhuǎn)換器輸出的時間信息控制調(diào)節(jié)第一準(zhǔn)直器、第二準(zhǔn)直器、光子信號延遲調(diào)節(jié)單元和光可變分束器。

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于相干性增強(qiáng)的非接觸量子雷達(dá)系統(tǒng)，其特征在于：包括第二電控直線位移臺，信號邏輯處理單元通過第二電控直線位移臺控制連接第一準(zhǔn)直器和第二準(zhǔn)直器。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于相干性增強(qiáng)的非接觸量子雷達(dá)系統(tǒng)，其特征在于：第一參量轉(zhuǎn)換單元和第二參量轉(zhuǎn)換單元分別為非線性晶體，晶體長度為20mm；激光器的輸出為405nm波長的光，第一參量轉(zhuǎn)換單元和第二參量轉(zhuǎn)換單元分別將第一光路的光和第二光路的光轉(zhuǎn)換為842nm和780nm波長的參量下轉(zhuǎn)換光。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于相干性增強(qiáng)的非接觸量子雷達(dá)系統(tǒng)，其特征在于：第一準(zhǔn)直器包括第一凹透鏡和第一凸透鏡，第一凹透鏡焦距為f1＝-50mm，第一凸透鏡焦距為f2＝150mm，第一凹透鏡和第一凸透鏡的直徑均為25.4mm，第一凹透鏡和第一凸透鏡的中心點相距為200mm。

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于相干性增強(qiáng)的非接觸量子雷達(dá)系統(tǒng)，其特征在于：第二準(zhǔn)直器包括第二凹透鏡和第二凸透鏡，第二凹透鏡焦距為f3＝150mm，第二凸透鏡焦距為f4＝-50mm，第二凹透鏡和第二凸透鏡的直徑均為25.4mm，第二凹透鏡和第二凸透鏡的中心點相距為200mm。

7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于相干性增強(qiáng)的非接觸量子雷達(dá)系統(tǒng)，其特征在于：偏振單元包括半波片和四分之一波片，第二光路的光依次經(jīng)過半波片和四分之一波片后進(jìn)入第二參量轉(zhuǎn)換單元。

8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于相干性增強(qiáng)的非接觸量子雷達(dá)系統(tǒng)，其特征在于：光子信號延遲調(diào)節(jié)單元包括第一電控直線位移臺和兩個三棱鏡，第一電控直線位移臺驅(qū)動連接兩個所述三棱鏡。

9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于相干性增強(qiáng)的非接觸量子雷達(dá)系統(tǒng)，其特征在于：零光子擦除裝置為非對稱干涉儀，非對稱干涉儀包括第三光學(xué)分束器、第四光學(xué)分束器、第四反射鏡、第五反射鏡和第三單光子探測器，第二光路的光依次經(jīng)過第三光學(xué)分束器和第四光學(xué)分束器后進(jìn)入第一光學(xué)分束器；第三光學(xué)分束器的輔助光場輸入端口用于輸入真空態(tài)量子態(tài)，輔助光場經(jīng)由第三光學(xué)分束器后依次經(jīng)過第四反射鏡和第五反射鏡的反射，再進(jìn)入第四光學(xué)分束器，第四光學(xué)分束器的輔助光場輸出端口連接第三單光子探測器。

10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的基于相干性增強(qiáng)的非接觸量子雷達(dá)系統(tǒng)，其特征在于：第三光學(xué)分束器的透過率為t3＝0.2，第四光學(xué)分束器的透過率為t4＝0.24，t3與t4的比值為t3:t4＝1:1.2；第三單光子探測器的探測效率為η＝0.4。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明提供了一種基于相干性增強(qiáng)的非接觸量子雷達(dá)系統(tǒng)，激光器發(fā)出的光通過光可變分束器分為第一光路和第二光路，第一光路經(jīng)過第一參量轉(zhuǎn)換單元的轉(zhuǎn)換后，通過第一準(zhǔn)直器后到達(dá)檢測目標(biāo)，檢測目標(biāo)的反射光經(jīng)第二準(zhǔn)直器后達(dá)到第一光學(xué)分束器；第二光路依次通過偏振單元的偏振處理和第二參量轉(zhuǎn)換單元的轉(zhuǎn)換處理后，再依次通過光子信號延遲調(diào)節(jié)單元和零光子擦除裝置后到達(dá)第一光學(xué)分束器，第二單光子探測器接收第一光學(xué)分束器對第一光路和第二光路的輸出并輸出驗證結(jié)果。本發(fā)明采用零光子擦除方案實現(xiàn)相干性增強(qiáng)，采用光子干涉機(jī)制實現(xiàn)了與背景中噪聲光子的解耦合，具有對背景噪聲的免疫性，大幅提升了非接觸成像的效果。

技術(shù)研發(fā)人員：張勝利,李糧生,孫旺,李進(jìn)春,余泉春
受保護(hù)的技術(shù)使用者：北京理工大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/12/30