[发明专利]基于微波光学调制器的微波单量子探测器

说明书

本发明提出一种基于微波光学调制器的微波单量子探测器，包括微波信号输入装置、低噪声放大器、微波滤波器、激光器、微波光子转换器、光学滤波器、光子可控衰减器和单光子探测器。本发明基于微波光学调制器，将微波信号上转换为光学信号，实现微波单量子探测。本发明基于微波光学调制器的微波单量子探测器，在微波信号输入装置处输入微波信号，微波信号经过放大滤波、电光转换，光子滤波，进入光子探测器，得到单光子信号，用于后端的信号处理，分析输入微波信号的电磁特性。本发明具有探测效率高、计数率高、暗计数低的特点，所有器件工作在室温下，无需专用的制冷设备，无需使用加工工艺难度大的微纳机构，实现方便。

技术领域

本发明属于微波量子精密测量及量子雷达领域，具体为一种基于微波光学调制器的微波单量子探测器。

背景技术

微波单量子探测是量子精密测量领域急需的关键技术，国际上已有可实现技术，已有技术包括直接微波单量子探测和间接微波单量子探测。

直接微波量子探测采用极低温条件下，利用约瑟夫森结对单个微波量子的响应，实现微波单量子探测。该探测器工作温度是10mK的极低温，约瑟夫森结采用微米结构加工工艺实现。该方法可以直接探测微波单量子，是微波量子雷达技术具有竞争力的实现方式之一。

微波单量子探测器的间接实现方法，是在10mK的极低温条件下，采用微纳结构机械谐振腔，利用微波谐振和光学谐振机理，对微波单量子的动量产生耦合响应，将微波量子转换成光学单光子，再通过光学单光子探测器探测，实现微波单量子探测器。该方法是微波量子雷达技术另一种具有竞争力的实现方式。

现有技术第一种实现方法，即利用约瑟夫森结实现的直接微波单量子探测技术，在10mK极低温条件下，利用约瑟夫森结对微波单量子的响应，实现微波单量子探测。该探测器工作在10mK极低温的工作温度，极低温工作环境的构建需要使用稀释制冷技术的专用设备，技术复杂，造价昂贵。同时约瑟夫森结制造工艺复杂，实现难度大。

现有技术第二种实现方法，即通过微纳结构将微波单量子与光学单光子耦合实现的微波单量子间接探测方法，最大不足之处同样在于放置微波器件的10mK极低温环境，技术复杂，造价昂贵。同时机械腔转换机构为微纳结构，加工过程复杂，实现工艺难度大。

发明内容

本发明针对微波量子雷达信号特性和微波量子雷达发展需求，提出一种新的在常温环境下可以工作的微波单量子探测器实现方法，即基于微波光学调制器实现的微波单量子探测器，利用目前已有常规微波和光学器件的集成，实现微波单量子的探测，满足目前微波量子雷达的需求。

本发明采用微波信号放大滤波预处理技术、微波光学上转换技术、光学滤波技术和光学单光子探测技术相结合的方法，实现基于微波光学调制器的微波单量子探测器。

本发明的技术方案为：

所述一种基于微波光学调制器的微波单量子探测器，其特征在于：包括微波信号输入装置、低噪声放大器、微波滤波器、激光器、微波光子转换器、光学滤波器、光子可控衰减器和单光子探测器；

通过微波信号输入装置输入的微波信号经过低噪声放大器后输入微波滤波器，微波滤波器对放大的微波信号进行滤波，滤掉信号带外噪声和杂散；

微波滤波器滤波后的微波信号以及激光器产生的激光信号输入微波光子转换器；

微波光子转换器将微波信号调制到光学信号中，调制后的激光信号包括激光器输出的主载波和调制副载波，其中微波信号频谱搬移到激光信号的第一副载波上；

光学滤波器滤除掉微波光子转换器输出光学信号中的主载波信号和高次副载波信号，只留下第一副载波信号；

光学滤波器输出信号的信号强度经光子可控衰减器衰减到单光子探测器可以工作的强度；

单光子探测器对由微波量子转换来的光学光子进行单光子接收并进行记时。