本發(fā)明涉及量子雷達和單光子探測，尤其涉及一種基于量子關聯(lián)測量的高抗噪能力測距成像方法、系統(tǒng)。

背景技術：

1、精密測距至今一直是人類研究的熱門領域。它在定位與成像方面存在不可替代的作用，被廣泛應用于衛(wèi)星定位、雷達成像以及微表面探測。傳統(tǒng)光學成像是通過調(diào)控光的強度、偏振、光譜、相位等物理量，獲取與解譯多維度光場信息，從而得到探測事物的物理信息。傳統(tǒng)光學成像被應用于生物顯微成像、高速攝影、光場成像、非視域成像、單像素成像和散射成像等領域。

2、量子理論建立以來，量子力學深入到實驗與科學之中，特別是以量子糾纏為理論基礎的測距方案正不斷涌現(xiàn)。其中之一的量子關聯(lián)測距目前還是一個嶄新的研究領域。開展量子測距計數(shù)的研究不僅是有前瞻性的舉措，而且還具有十分巨大的戰(zhàn)略意義。利用糾纏光子對之間的關聯(lián)性進行測距，與經(jīng)典方法相比，具有更高的信噪比和信背比。然而，量子成像易受到環(huán)境光的影響。

3、因此，需要研發(fā)出一種基于量子關聯(lián)測量的高抗噪能力測距成像方法、系統(tǒng)來解決上述問題。

技術實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的就在于為了解決上述問題設計了一種基于量子關聯(lián)測量的高抗噪能力測距成像方法與系統(tǒng)。

2、本發(fā)明通過以下技術方案來實現(xiàn)上述目的：

3、基于量子關聯(lián)測量的高抗噪能力測距成像方法，包括利用具有窄帶能量—時間糾纏特性量子光源中的信號光子照射探測目標，通過目標反射的信號光子與閑頻光子間的能量—時間糾纏特性進行符合計數(shù)，濾除不具備量子糾纏特性的背景光，并抑制糾纏光子傳播期間的串擾，提高探測端的符合計數(shù)率與信背比，實現(xiàn)大背景噪聲及遠距離條件下的高質(zhì)量成像。

4、基于量子關聯(lián)測量的高抗噪能力測距成像系統(tǒng)，包括：

5、窄帶能量-時間糾纏光源；窄帶能量-時間糾纏光源包括依次連接的激光泵浦源、泵浦濾波器、非線性光學媒質(zhì)、第一分光濾波器、第二分光濾波器；

6、自由空間光學收發(fā)單元；自由空間光學收發(fā)單元包括三端口光學環(huán)形器和光纖耦合望遠鏡模塊；第二分光濾波器的信號光出口與三端口光學環(huán)形器的第一個端口連接，三端口光學環(huán)形器的第二個端口與光纖耦合望遠鏡模塊連接；光纖耦合望遠鏡模塊軸線延長線與待測點重合；

7、物理信息獲取單元；物理信息獲取單元包括單光子探測器組、時間數(shù)字轉換器和上位機；單光子探測器組包括兩個單光子探測器，一個單光子探測器的輸入端與第二分光濾波器的閑頻光出口相連，另一個單光子探測器的輸入端與三端口光學環(huán)形器的第三個端口相連，兩個單光子探測器的輸出端均與時間數(shù)字轉換器相連，時間數(shù)字轉換器與上位機相連。

8、本發(fā)明的有益效果在于：

9、1.能量-時間糾纏雙光子源，能夠僅通過檢測時間區(qū)分糾纏光子基本狀態(tài)，而不需要任何光學元件，并能有效防止糾纏光子傳播期間的串擾。

10、2.采用空間和光譜的濾波方式，通過在光纖耦合望遠鏡模塊中嵌入分光濾波器以及使用窄帶寬能量-時間糾纏光源，進一步減小背景噪聲。

11、3.與傳統(tǒng)的激光測距方案相比，本發(fā)明在測量相同的距離下，有更高的距離分辨率，并且抗噪聲能力更強，能在更高的背景噪聲下正確得到測量結果。

12、4.與其它量子成像方案相比，本發(fā)明具有更高的信背比，能在大背景噪聲的條件下清晰成像。使用窄帶寬量子糾纏雙光子源，解決了量子成像對寬帶噪聲光子敏感的問題。

技術特征：

1.基于量子關聯(lián)測量的高抗噪能力測距成像方法與系統(tǒng)，其特征在于，包括：利用具有窄帶能量—時間糾纏特性量子光源中的信號光子照射探測目標，通過目標反射的信號光子與閑頻光子間的能量—時間糾纏特性進行符合計數(shù)，濾除不具備量子糾纏特性的背景光，并抑制糾纏光子傳播期間的串擾，提高探測端的符合計數(shù)率與信背比，實現(xiàn)大背景噪聲及遠距離條件下的高質(zhì)量成像。

2.根據(jù)權利要求1所述的基于量子關聯(lián)測量的高抗噪能力測距成像方法與系統(tǒng)，其特征在于，符合計數(shù)率為：

3.根據(jù)權利要求1所述的基于量子關聯(lián)測量的高抗噪能力測距成像方法與系統(tǒng)，其特征在于，信號光與閑頻光入射到單光子探測器的時候，其光場分別為：

4.基于量子關聯(lián)測量的高抗噪能力測距成像系統(tǒng)，其特征在于，包括：

5.根據(jù)權利要求4所述的基于量子關聯(lián)測量的高抗噪能力測距成像系統(tǒng)，其特征在于，激光泵浦源(1)包括半導體激光器、氣體激光器、染料激光器和固體激光器中的任一種脈沖或者直流激光光源。

6.根據(jù)權利要求4所述的基于量子關聯(lián)測量的高抗噪能力測距成像系統(tǒng)，其特征在于，泵浦濾波器(2)為環(huán)形器加光纖光柵組成的濾波器件、多層鍍膜光學濾波器、微電機系統(tǒng)光學濾波器、法布里-珀羅光學濾波器、陣列波導光柵濾波器以及光波分復用器件中的一種或者任意幾種的組合；泵浦濾波器(2)的透射波長與激光泵浦源(1)的中心波長保持一致。

7.根據(jù)權利要求4所述的基于量子關聯(lián)測量的高抗噪能力測距成像系統(tǒng)，其特征在于，非線性光學媒質(zhì)(3)為二階非線性光學晶體、二階非線性光學晶體波導、三階非線性石英光纖基波導、三階非線性硅基波導或三階非線性硫系基波導中的任意一種。

8.根據(jù)權利要求4所述的基于量子關聯(lián)測量的高抗噪能力測距成像系統(tǒng)，其特征在于，第一分光濾波器(4)、第二分光濾波器(5)均為環(huán)形器加光纖光柵組成的濾波器件、多層鍍膜光學濾波器、微機電系統(tǒng)光學濾波器、法布里-珀羅光學濾波器、陣列波導光柵濾波器以及光波分復用器件中的一種或者任意幾種的組合。

9.根據(jù)權利要求4所述的基于量子關聯(lián)測量的高抗噪能力測距成像系統(tǒng)，其特征在于，單光子探測器為雪崩光電二極管或者超導波導器件。

10.根據(jù)權利要求4所述的基于量子關聯(lián)測量的高抗噪能力測距成像系統(tǒng)，其特征在于，時間數(shù)字轉換器為單片機、可編程邏輯器件、數(shù)字信號處理芯片、嵌入式芯片和延時取與器件中的至少一種。

技術總結
本發(fā)明公開了一種基于量子關聯(lián)測量的高抗噪能力測距成像方法與系統(tǒng)，屬于量子雷達和單光子探測技術領域，具體涉及一種基于量子關聯(lián)測量的高抗噪能力測距成像系統(tǒng)和方法，包括窄帶能量?時間糾纏雙光子源、自由空間光學收發(fā)單元、物理信息獲取單元；窄帶能量?時間糾纏雙光子源輸出的具有糾纏特性的兩個光子分別輸入到自由空間光學收發(fā)單元和物理信息獲取單元，在物理信息獲取單元聯(lián)合接收直接從窄帶能量?時間糾纏雙光子源輸出的光子和自由空間光學收發(fā)單元輸出的光子，從而得到測量物體的物理信息；本發(fā)明解決了量子關聯(lián)測量領域中信背比較小和單光子探測器輸入飽和的問題，使系統(tǒng)能在更大背景噪聲的條件下清晰成像。

技術研發(fā)人員：歐中華,劉喬,張利勛,范瀟東,卜裕文,蒙華科,周強,劉永
受保護的技術使用者：電子科技大學
技術研發(fā)日：
技術公布日：2025/1/6