[发明专利]一种集成锁定支路的平衡零拍探测器

说明书

本发明属于光电探测器技术领域，具体涉及连续变量量子光学实验中非经典光场探测的平衡零拍光电探测器，具体是一种用于锁定非经典光场和本地光场之间的相对位相，探测宽带范围内对应位相非经典光场正交分量的光电探测器。本发明目的在于针对宽带压缩态光场特定正交分量的探测问题提供一种具有低噪声、高增益、宽带宽的平衡零拍探测器，其能够实现在压缩光和本地光位相锁定下对宽带范围内压缩光特定正交分量的测量，本发明具有低噪声、高增益、宽带宽、交直流监测和位相锁定等优点。能够很好地用于在压缩光和本地光之间相对位相锁定后压缩光正交分量的探测。

技术领域

本发明属于光电探测器技术领域，具体涉及连续变量量子光学实验中非经典光场探测的平衡零拍光电探测器，具体是一种用于锁定非经典光场和本地光场之间的相对位相，探测宽带范围内对应位相非经典光场正交分量的光电探测器。

背景技术

在连续变量量子光学中，压缩态光场是最重要的非经典光场之一。压缩态光场由于在某一正交分量上能够突破散粒噪声基准，具有极低的噪声，广泛应用于量子计算、引力波探测、量子雷达、量子信息等领域。高的压缩度能够增强量子计算的容错率，提高引力波探测和量子雷达的灵敏度，增加量子信息的信道容量。压缩度的另一重要参数是压缩带宽。在量子雷达中，宽的压缩带宽能够探测高速运动的目标。在量子信息中，宽的压缩带宽能够增加信道的容量。因此，在量子雷达和量子信息的应用中，压缩态光场不仅要具有高的压缩度，而且要有宽的压缩带宽。

目前，采用光学参量振荡技术，通过尽可能降低压缩态制备与探测中的损耗和位相起伏，能够实现高压缩度压缩态光场的制备。在该技术中，尽量缩短光学参量振荡腔的腔长和增加输出镜的透过率能够增加压缩带宽。

为了准确探测宽带宽的高压缩度压缩态光场，就需要探测器在宽的带宽范围内具有高的信噪比。而目前探测器的研究主要集中在音频段和几MHz的范围内，对于宽带探测器的研究相对较少。为了实现压缩光的准确探测，需要锁定压缩光和本地光之间的相对位相。位相锁定通常采用边带锁频的方法，该方法较低频锁相放大器锁频具有高的稳定性。在边带锁频系统中，在本地光上加载一个频率为几十MHz的调制信号，通过探测压缩光与本地光干涉后的信号来解调两者之间位相锁定的误差信号，该信号反馈给本地光光路中导光镜的压电陶瓷，实现压缩光和本地光的位相锁定。在之前的锁定系统中，受限于探测器带宽，误差信号极容易饱和，不能从探测器的交流输出中提取信号，通常是将压缩光和本地光干涉后的信号通过99/1分束镜分出1％的光输入到锁相探测器中，然后经分立的混频器、低通滤波器和放大器用于锁定。然而，压缩光对损耗极其敏感，该方法会降低探测的压缩度。而且，增加分束镜和锁相探测器等器件使得整个装置布局复杂，接线繁琐。

发明内容

本发明目的在于针对宽带压缩态光场特定正交分量的探测问题提供一种具有低噪声、高增益、宽带宽的平衡零拍探测器，其能够实现在压缩光和本地光位相锁定下对宽带范围内压缩光特定正交分量的测量。为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：