[发明专利]一种宽光谱可调谐标准单光子源产生装置及光辐射校准方法

说明书

本发明提出了一种宽光谱可调谐标准单光子源产生装置和光辐射校准方法，所述装置由1064nm激光光源、激光稳功率与偏振控制装置、空间滤波装置、532nm倍频光产生装置和355nm三倍频光产生装置、532nm主泵浦光泵浦PPLN晶体相关光子产生装置、355nm辅助泵浦光泵浦BBO晶体相关光子产生装置、背景光辐射抑制系统、信号光与闲频光分光与滤波装置、信号光监视装置等几部分组成。采用两路泵浦光分别泵浦两组非线性晶体辅以晶体周期切换、温度调谐和相位匹配角切换的方式，实现了460nm～2500nm不同波长相关光子共线输出。完成相关光子输出，及背景辐射抑制和滤波后，利用经绝对校准过的单光子探测器对一路相关光子进行监测，便可实时预测另一路相关光子的输出光子流速率，用于光辐射校准。

技术领域

本发明属于光辐射计量技术领域，尤其涉及一种宽光谱可调谐标准单光子源产生装置及光辐射校准方法。

背景技术

本部分的陈述仅仅是提供了与本公开相关的背景技术信息，不必然构成在先技术。

光辐射计量一般指利用基本计量技术，使待测光辐射量或光度学参量直接或间接的与基本物理常数或测量不确定度低的物理量建立联系，以提高复现或测量水平。光辐射基准一般可分为标准源和标准探测器两类，在光辐射基本计量技术的发展过程中，先后经历了以黑体辐射源和同步辐射源为代表的辐射源标准，和以绝对辐射计和自校准硅光电二级管为代表的探测器标准。20世纪80年代初，低温辐射技术的发展极大地促进了绝对辐射技术的进步，将测量准确度提高了一个数量级，是目前国际上光辐射计量的最高基准。但在1pW量级(对应光子流速率约10E7个/s)以下的光辐射通量已经超出了传统光电探测器的测量极限。当前实现极微弱光光辐射通量计量的手段主要分两大类：一类是可预测/准单光子源；另一类是以可分辨光子数超导探测器为标准的方法。单光子探测器受限于其响应均匀性差，影响校准精度的参数多，计量操作重复性差等因素，当前难以适应极微弱光光辐射通量计量需求。

基于相关光子和符合测量技术的极微弱光辐射校准方法是一种“无标准传递”的绝对测量手段。基于参量下转换技术产生的两路相关光子受泵浦光功率稳定性等因素的影响，输出相关光子流是未知且实时变化的，需要利用符合测量技术进行单光子探测器量子效率绝对校准。如1994年P.G.Kwait等人利用351.1nm的氩离子激光器泵浦KDP晶体，产生简并(702nm)和非简并(633nm和788nm)的两对相关光子对，并利用符合测量技术进行单光子探测器量子效率绝对校准，不确定度低于3％(P.G.Kwait.Appl.Opt.1994,33:1844-1851)。公开号为CN103076085A的发明专利申请提出了一种700nm～1700nm波长范围可调谐相关光子产生技术，介绍了利用符合测量技术对可见-近红外单光子探测器量子效率测量方法。

现有基于参量下转换相关光子产生技术和符合测量技术的单光子探测器量子效率校准方法，存在以下的局限性：(1)共线输出相关光子波长只局限在几个分立波长点或较窄波长范围内，没有覆盖整个可见-近红外光谱范围，无法实现对单光子探测器绝对光谱响应的校准；而非共线输出相关光子虽然波长范围宽，但波长定位难度大，难以用于探测器量子效率校准。(2)采用符合测量技术虽然可以保证测量精度，但测量过程繁琐、装置复杂；(3)当前采用参量下转换相关光子与符合测量相结合的光辐射计量方法通常只用于光子计数型探测器量子效率的定标，对于极微弱光辐射模拟探测器和基于模拟探测器的高灵敏度测试仪器绝对光谱响应的校准存在困难。

发明内容

为克服现有基于参量下转换过程的相关光子产生技术和符合测量技术在相关光子波长范围和测量过程的复杂度上存在的不足，本发明提供了一种宽光谱可调谐标准单光子源产生装置及光辐射校准方法，该装置采用两路泵浦光分别泵浦两组非线性晶体的方法产生覆盖460nm～2500nm宽光谱可调谐纠缠光子，通过对非线性晶体进行周期切换、温度调谐和相位匹配角切换的方式，实现了不同波长相关光子共线输出，并且输出的光子可直接用于对该波长范围内任意波长点下极微弱光辐射校准与极微弱光辐射探测器绝对光谱响应测试，可省去符合测量的繁琐过程。