[发明专利]一种基于超导纳米线单光子探测器的自发布里渊散射光时域反射仪

权利要求书

1. 一种基于超导纳米线单光子探测器的自发布里渊散射光时域反射仪，其特征在于：它包括光脉冲产生单元（100），产生的光脉冲经环形器（200），耦合进传感光纤（300），由传感光纤散射回的背向散射光经光滤波单元（400）滤除背向瑞利散射信号后得到背向布里渊散射信号，由探测单元（500）探测该布里渊散射信号，最后由数据采集处理单元（600）对探测器输出信号进行采集和处理，脉冲发生器（700）用于光脉冲产生单元的脉冲调制和数据采集处理单元的时钟控制；所述光脉冲产生单元（100）包括窄线宽激光光源（101），偏振控制器（102）和电光调制器（103）；所述探测单元（500）包括置于温度低于4k冷却系统中的超导纳米线单光子探测器（501）(SNSPD)和探测器的读出电路（502）；所述数据采集处理单元（600）包括时间间隔分析仪（601）和数字信号处理单元（602）。

2. 根据权利要求1所述基于超导纳米线单光子探测器的自发布里渊散射光时域反射仪，其特征在于：所述探测单元（500）为超导纳米线单光子探测单元，反射仪并采用了单光子计数技术进行数据采集和处理。

3. 根据权利要求1所述基于超导纳米线单光子探测器的自发布里渊散射光时域反射仪，其特征在于：所述光脉冲产生单元（100）由窄线宽激光器发射探测光，经偏振控制器（102）后，由经脉冲发生器控制的具有高消光比的电光调制器（103）调制成一定脉宽的光脉冲信号，调制频率视传感光纤长度而定。

4. 根据权利要求1所述基于超导纳米线单光子探测器的自发布里渊散射光时域反射仪，其特征在于：所述光脉冲产生单元（100）为窄线宽连续光激光器，偏振控制器和具有高消光比的电光调制器组成，也可以是能产生脉冲宽度满足要求的窄线宽脉冲激光器。

5. 根据权利要求1所述基于超导纳米线单光子探测器的自发布里渊散射光时域反射仪，其特征在于：用于传感的光纤（300）一般是标准的单模光纤，也可以是其他类型的单模光纤。

6. 根据权利要求1所述基于超导纳米线单光子探测器的自发布里渊散射光时域反射仪，其特征在于：所述将脉冲光耦合进传感光纤的环形器（200）可以由3dB光纤耦合器代替。

7. 根据权利要求1所述基于超导纳米线单光子探测器的自发布里渊散射光时域反射仪，其特征在于：所述滤波器单元（400）可以是能达到将背向瑞利散射光和背向布里渊散射光分离的反射式光纤光栅，两个光纤光栅及隔离器组成的双光纤光栅滤波器，法布里-珀罗(Fabry-Perot)干涉仪，马赫-曾德(Mach-Zehnder)干涉仪，或窄带宽(小于0.09nm)的其他光滤波器中的一种。

8. 根据权利要求2所述基于超导纳米线单光子探测器的自发布里渊散射光时域反射仪，其特征在于：所述超导纳米线单光子探测单元（500）由以NbN超导纳米线为敏感材料并且置于冷却系统中的单光子探测器和探测器读出电路组成，所述单光子探测器能到达单个光子的探测水平。

9. 根据权利要求1所述基于超导纳米线单光子探测器的自发布里渊散射光时域反射仪，其特征在于：所述数据采集处理单元（600）包括时间间隔分析仪和数字信号处理单元，具有时间相关的光子计数能力，即能对所探测的光子数进行统计，并能记录探测器输出光电信号与光脉冲产生单元发光脉冲的时间间隔。

10. 根据权利要求1所述基于超导纳米线单光子探测器的自发布里渊散射光时域反射仪，其特征在于：所述数据采集处理单元（600）可以由具有光子计数性能的其他硬件构成，如光子计数器与高速数字示波器组合，或采集卡与计算机组合，或多道分析仪(Multichannel Analyzer)。