[发明专利]微功率宽带光电探测器

说明书

技术领域

本发明涉及光电探测器，具体涉及量子光学实验中的光学谐振腔锁定系统中的光电探测器，具体是一种用于探测谐振腔输出光经高反镜的微弱透射光，并利用边带锁频稳频方法，可以很好的实现谐振腔的腔长及工作状态锁定的微功率宽带光电探测器。

背景技术

量子信息是当今世界一个重要的研究课题，利用量子纠缠完成的信息传递与处理，为人们提供了发展更安全的通信和更快速计算的途径。随着量子信息研究的深入发展，人们对压缩态光场的压缩度和纠缠态光场的纠缠度要求越来越高。而压缩态光场和纠缠态光场一般都是通过不同类型的光学参量谐振腔输出而得到。在实际实验系统中，为了使得光学参量振荡腔能连续稳定输出压缩态光场或者纠缠态光场，必须将光学参量振荡腔锁定在注入信号光的谐振频率上，锁定精度的高低对最终输出压缩态光场的压缩度或者纠缠态光场的纠缠度影响很大。为了获得高压缩度的压缩态光场或者高纠缠度的纠缠态光场，就必须实现光学参量谐振腔的高精度锁定。

用于产生压缩态及纠缠态光场的光学参量谐振腔一般都是通过边带锁频的办法实现谐振腔与注入光场的频率锁定。在边带锁频系统中，我们需要在激光上加载一个频率为10-80MHz左右的调制信号，并对谐振腔反射的信号进行探测解调获得锁定腔长长度的误差信号，然后将信号反馈回驱动光学谐振腔的压电陶瓷，实现谐振腔腔长的锁定。在以前的锁定系统中，为了获得较好的误差信号，一般将光学谐振腔的反射光测量后进行混频产生锁腔的误差信号，这时，虽然可以保证入射到光电探测器的信号光比较强（一般在毫瓦量级），但是此时产生的误差信号容易受到激光功率波动的影响，使得误差信号上下波动，降低了谐振腔锁定的精度。光学谐振腔的透射光功率一般在百微瓦量级，但是这些光是需要进行量子信息研究的，所以能用来锁定光学谐振腔的光只能是压缩态或者纠缠态光场在经过高反镜反射时从高反镜后面透射出的少量光束，其能量一般在微瓦量级或者百纳瓦量级，这就要求探测器必须对这个量级的光束有很好的响应，以产生锁定谐振腔腔长所需的误差信号。

在获得压缩态及纠缠态光场的产生系统中，除了要控制谐振腔的腔长外，我们还需要控制谐振腔泵浦光及注入信号光之间的相对位相。在以前的产生系统中，一般需要利用另外一个低频光电探测器提供误差信号，锁定泵浦光及注入信号光之间的相对位相，使得整个装置布局复杂，接线繁琐。

发明内容

本发明的目的在于针对光学谐振腔锁定问题提供一种具有高增益、高带宽、高信噪比的微功率宽带光电探测器，其可以很好实现在几百纳瓦到几微瓦光功率条件下对谐振腔的锁定。

本发明提供的微功率宽带光电探测器是采用如下技术方案实现的：一种微功率宽带光电探测器，包括PIN光电二极管，PIN光电二极管的正极分别连接有高频耦合电容和阻高频元件；高频耦合电容另一端连接有高频跨阻放大电路，高频跨阻放大电路的输出端连接有高频反相比例放大电路，高频反相比例放大电路的输出端作为AC端；阻高频元件的一端与PIN光电二极管的正极相连接，阻高频元件的另一端分别连接有低频直流放大电路和取样电阻，低频直流放大电路的另一端作为DC端；取样电阻的另一端接地；当光场入射到PIN光电二极管后，PIN光电二极管将光信号转换成相对应的光电流信号，光电流信号经高频耦合电容和阻高频元件分成高频信号和低频信号两部分；所述高频信号为频率范围>MHz的交流信号，所述低频信号为频率范围<MHz的低频直流信号；高频信号经高频耦合电容耦合，再经高频跨阻放大电路和高频反相比例放大电路放大，由AC端输出；低频直流信号经阻高频元件，并经取样电阻获得电压信号，再经低频直流放大电路放大，由DC端输出。

进一步的，所述PIN光电二极管采用加反偏电压后结电容小于5pF的光电二极管。所述的PIN光电二极管具有较小的结电容，而对量子效率要求不大，选择量子效率低的光电二极管可降低成本。

进一步的，所述的高频跨阻放大电路包括TI公司生产第一放大芯片OPA847；高频耦合电容接第一放大芯片OPA847的引脚2（反相输入端），第一放大芯片OPA847的引脚3顺次连接有串联的电容C4和磁珠bead2，第一放大芯片OPA847的引脚3还连接有电阻R2，磁珠bead2与R2均接地；第一放大芯片OPA847的引脚2与引脚6（输出端）之间连接有相串联的反馈电容C5和C6，引脚2与引脚6之间还连接有跨阻R5；第一放大芯片OPA847的引脚4和引脚7分别接经过旁路滤波和去耦的-5V、+5V电源。