[发明专利]一种红外单光子探测设备

说明书

技术领域

本发明涉及极弱光探测技术领域，特别是涉及一种红外单光子探测设备。

背景技术

光子因为飞行速度快以及与环境耦合作用小而成为量子信息的最合适载体，因此，在量子光学级量子信息领域，迫切需要实现对单个光子的灵敏探测和操控。而单光子探测是一种极微弱光探测法，它所探测的光的电流强度比光电探测器本身在室温下的热噪声水平(10^-14W)还要低，用通常的直流检测方法不能把这种湮没在噪声中的信号提取出来。

其中，红外单光子探测技术,既具有民事技术的普遍性,又有国防科技的特殊性，在光通信、光雷达、激光测距、激光制导、量子信息学、物质检测与分析等诸多实际应用中发挥着重要的作用。

红外单光子探测的原理在于，利用参量上转换将红外单光子信号转换为可见光单光子信号，再通过现有的可见光单光子探测技术，来探测转换后得到的可见光单光子信号。可以理解的是，经参量上转换后得到的可见光单光子与原红外单光子的量子态相同。其中，参量上转换是将低能量光子转换为高能量光子的过程，其实质是三波混频的非线性和频产生过程。

现有技术中，通常都是通过一个庞大的系统来实现上述提到的红外单光子探测，如图1所示，该系统一般包括非线性光子晶体、滤波器、硅单光子计数模块；其中，当两束频率分别为ω1和ω2的光同时通过非线性光子晶体(如PPLN，periodically poled lithium niobate，周期性极化铌酸锂)时，在一定条件下会产生输出功率为ω1+ω2的光，这种现象称作和频效应，可以看出，基于非线性光子晶体的这种特性，能够实现红外单光子信号的参量上转换，通过泵浦光进行和频，将红外单光子信号上转换为可见光单光子信号，然后由硅单光子计数模块进行探测。

实际应用中，图1所示的每个部分，一般都是一个独立的仪器，使得该系统体积庞大；此外，由于非线性光子晶体一般不能有效地聚集泵浦光能量，因此通常需要谐振腔来提高有效入射的泵浦光功率，而谐振腔也往往结构复杂，体积庞大，进一步增大了该系统的体积，导致难以批量制作，实用性低。

发明内容

本发明实施例的目的在于提供一种红外单光子探测设备，以通过具有较小体积的设备来进行红外单光子探测，从而解决现有技术存在的实用性低的问题。具体技术方案如下：

第一方面，本发明实施例提供了一种红外单光子探测设备，所述设备包括：非线性光子晶体波导、滤波片及可见光单光子计数模块；其中，所述非线性光子晶体波导与所述滤波片集成在一个芯片上；

所述非线性光子晶体波导，用于将红外单光子信号上转换为可见光单光子信号；

所述滤波片，用于过滤所述可见光单光子信号携带的噪声；

所述可见光单光子计数模块，用于对过滤后的所述可见光单光子信号进行可见光单光子探测。

可选地，所述非线性光子晶体波导为周期性极化铌酸锂波导。

可选地，所述可见光单光子计数模块为薄型硅基雪崩光电二极管。

可选地，所述芯片嵌入在眼镜结构中。

可选地，所述可见光单光子计数模块是可拆卸的。

可选地，所述可见光单光子计数模块是可关闭的。

本发明实施例提供的一种红外单光子探测设备，该设备包括：非线性光子晶体波导、滤波片及可见光单光子计数模块；其中，非线性光子晶体波导与滤波片集成在一个芯片上；非线性光子晶体波导，用于将红外单光子信号上转换为可见光单光子信号；滤波片，用于过滤可见光单光子信号携带的噪声；可见光单光子计数模块，用于对过滤后的可见光单光子信号进行可见光单光子探测。

可以理解的是，非线性光子晶体波导一般体积比非线性光子晶体小，本发明实施例中，利用非线性光子晶体波导来代替非线性光子晶体，并将其与滤波片集成在一个芯片上，与现有的红外单光子探测系统相比，体积大大减小；此外，非线性光子波导可以更加有效的聚集泵浦光能量，不需要谐振腔，便能利用较少的泵浦光带来较高的转换效率，与现有技术红外单光子探测系统相比，体积进一步减小，可以进行批量制作，提高了实用性。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为现有技术中红外单光子探测系统示意图；