一种可用于压缩态光场弱信号探测的放大电路

根据基于基尔霍夫电流定律的平衡零拍探测原理,设计了一种新的测试方法,在测试过程中脱离以往复杂光路的搭建以及实验环境的高要求,直接对平衡零拍探测中所需的量子噪声光电流信号进行放大测试,并且可以判断出对微弱的量子噪声电流信号的放大效果.另外,在测试过程中,该放大电路具有高灵敏度性和高增益性,能够对微弱的量子噪声很好地进行放大.测试结果表明,该种测试方法能够很简捷地测试出放大后的量子噪声.

面向连续变量量子随机数产生的宽带高平坦度平衡零拍探测器

面向连续变量量子随机数产生的应用场景,基于级联放大的方式构建宽带高增益平衡零拍探测器,首次将分布参数电路分析法、优化仿真法引入到平衡零拍探测器的电路设计中,针对性地改善该特高频电路的传输特性,并以系统稳定性指标为指导,寻求电路设计及关键元器件参数的最优解,完成电路设计。最终制作出带宽高于1.65 GHz、在0.2~930 MHz范围内增益平坦度达到±2 dB的平衡零拍探测器。该研究为宽带平衡零拍探测器提供了一种新的设计思路,实验所得探测器的性能有利于更高效地提取连续变量量子态随机熵源,将有效促进连续变量量子随机数发生器的速率提高和实用化发展。

多像素平衡零拍探测器研究

平衡零拍探测技术是测量压缩态量子噪声的主要方法之一,通过光电二极管阵列和多路并行电感-电容(L-C)耦合跨阻的方式,实现了一种低噪声、高信噪比的多像素平衡零拍探测器,探测器的工作带宽为5 MHz。每一个像素通道中,光功率为1.66 mW的815 nm激光入射时,散粒噪声功率在2 MHz分析频率处比电子学噪声高23 dB。当光强分布在所有像素通道时,各通道散粒噪声功率和入射光强成正比,验证了探测器可以实现多通道并行的平衡零拍探测。该探测器可实现量子光学频率梳的频谱可分辨平衡零拍探测,为量子光学频率梳在量子精密测量领域的应用提供高性能的探测工具。

具有时钟恢复和功率监测功能的时域平衡零拍探测器

时域平衡零拍探测器可以直接探测脉冲信号光场的正交分量,是连续变量量子密钥分发系统中的关键器件。本文介绍了一种新型时域平衡零拍探测器,充分利用了级联光电二极管中每个光电二极管两端产生的光电流信号,不仅能够测量信号光场的正交分量,同时还可以实时监测本振光功率并产生与本振光同频率的时钟信号。实验中,在1 MHz的重复速率下,探测器可输出共模抑制比达75 dB,信噪比为13.50 dB散粒噪声信号;同时产生与本振光同频的时钟信号,并输出与本振光功率具有良好线性关系的直流电压值,增益为2.52×10^(-7)V/光子,残差平方和为2.51×10^(-4)V^(2)。该探测器可显著降低连续变量量子密钥分发系统接收端的复杂度,能有效避免因分束器的分束比变化而产生的安全漏洞,增强了系统的实际安全性。

具有两级放大的平衡零拍光电探测器

平衡零拍探测技术具有低噪声和高灵敏度的特性,是量子噪声谱测量的主要方法之一。采用基尔霍夫定律,设计并研究了一种具有两级放大的平衡零拍光电探测器。由两个性能匹配的光电管相减产生的光电流经过一级跨阻放大后差分输出,再经过二级差分放大电路进行放大输出。结果表明,探测器饱和功率为5 mW,信号响应带宽约140 MHz。当入射光功率为2 mW、分析频率小于30 MHz时,探测的光学噪声功率高于探测器电子噪声10 dB以上。在20 MHz附近,该探测器的共模抑制比达55 dB。

用于连续变量量子存储的快速响应平衡零拍探测器

改进了连续变量量子存储的平衡零拍探测器,得到了一种可以实时测量短脉冲光信号正交分量的快速响应平衡零拍探测器。利用无电容电路,以及高量子效率、低结电容的光电二极管,获得的平衡零拍探测器的响应时间为65ns;当波长为795nm、功率大于100μW的激光入射时,在2.5 MHz处的信噪比超过12dB,相应的饱和功率为6.8mW。该平衡零拍探测器可以应用于连续变量量子存储、量子网络等研究领域中。

基于modified-HBT干涉仪的压缩态光场光子统计特性的理论和实验研究

用一对平衡零拍探测器分别替代HBT(Hanbury-Brown-Twiss)实验中的单光子探测器,构成了一个modified-HBT干涉仪。介绍了基于modified-HBT干涉仪的光场二阶关联函数测量原理以及步骤,着重讨论了测量过程中对暗噪声的处理。基于理论分析,利用此干涉仪同时记录和统计了光场两空间分离模式的正交分量信息,实现了对光学参量振荡器输出的平移压缩态光场二阶关联函数的测量以及光子统计特性的表征。对于振幅压缩光,在特定的平移参量下,其二阶关联函数值小于1,表明光子呈现反聚束效应;而相位压缩光的二阶关联函数值总是大于1,光子呈现聚束效应。利用双光子干涉理论对测量到的平移压缩态光场的光子统计特性进行了解释,为理解压缩光的光子统计特性提供了参考。