[发明专利]一种基于光量子技术的准分布式光学传感装置

权利要求书

1.一种基于光量子技术的准分布式光学传感装置，其特征在于，包括宽带能量-时间纠缠双光子源、准分布式光学传感单元、信号解调单元和物理信息获取单元；所述的宽带能量-时间纠缠双光子源输出的具有纠缠特性的两个光子分别输入到准分布式光学传感单元和信号解调单元中，准分布式光学传感单元和信号解调单元的输出端与物理信息获取单元连接；

宽带能量-时间纠缠双光子源用于产生带宽在设定范围内的纠缠双光子；

准分布式光学传感单元用于将不同空间位置处的温度/应力信息转换为光纤光栅的反射波长；

信号解调单元用于将光纤光栅的反射波长，通过量子光源特有的量子关联作用，转换为与波长相关的光子探测和两个单光子探测器输出的符合计数；

物理信息获取单元用于实现时间相关的单光子探测和符合计数测量，并根据测量结果计算分析获得准分布式光学传感单元的物理信息。

2.根据权利要求1所述的准分布式光学传感装置，其特征在于，所述的宽带能量-时间纠缠双光子源包括激光泵浦源(1)、泵浦滤波器(2)、非线性光学媒质(3)和宽带分光滤波器(4)，激光泵浦源(1)、泵浦滤波器(2)、非线性光学媒质(3)和宽带分光滤波器(4)依次连接。

3.根据权利要求2所述的准分布式光学传感装置，其特征在于，所述的激光泵浦源(1)包括半导体激光器、气体激光器、染料激光器和固体激光器中的任一种脉冲或者直流激光光源。

4.根据权利要求2所述的准分布式光学传感装置，其特征在于，所述的泵浦滤波器(2)为环形器加光纤光栅组成的滤波器件、多层镀膜光学滤波器、微机电系统光学滤波器、法布里-珀罗光学滤波器、阵列波导光栅滤波器以及光波分复用器件中的一种或任意几种的组合；泵浦滤波器(2)的透射波长与激光泵浦源(1)的中心波长保持一致。

5.根据权利要求2所述的准分布式光学传感装置，其特征在于，所述的非线性光学媒质(3)为二阶非线性光学晶体、二阶非线性光学晶体波导、三阶非线性石英光纤基波导、三阶非线性硅基波导或三阶非线性硫系玻璃基波导中的任意一种。

6.根据权利要求2所述的准分布式光学传感装置，其特征在于，所述的宽带分光滤波器(4)为环形器加光纤光栅组成的滤波器件、多层镀膜光学滤波器、微机电系统光学滤波器、法布里-珀罗光学滤波器、阵列波导光栅滤波器以及光波分复用器件中的一种或任意几种的组合。

7.根据权利要求2～6任意一项所述的准分布式光学传感装置，其特征在于，所述的准分布式光学传感单元包括三端口光学环形器(5)和布拉格光纤光栅，三端口光学环形器(5)的第二个端口通过光纤线缆级联布拉格光纤光栅，三端口光学环形器(5)的第一个端口与宽带分光滤波器(4)的一个输出端相连；所述准分布式光学传感单元内的器件的工作波长与宽带能量-时间纠缠双光子中的一个光子的波长范围相匹配。

8.根据权利要求7任意一项所述的准分布式光学传感装置，其特征在于，所述的信号解调单元包括光学分束器(10)及与光波长相关的光学衰减器(11)，光学分束器(10)的输入端与宽带分光滤波器(4)的另一个输出端相连，光学分束器(10)的一个输出端与光学衰减器(11)的输入端连接；其中，光学分束器(10)和光学衰减器(11)的工作波长与宽带能量-时间纠缠双光子中的另一个光子的波长范围相匹配。

9.根据权利要求8所述的准分布式光学传感装置，其特征在于，所述的物理信息获取单元具体包括多个单光子探测器、时间数字转换器和计算机(15)，第一单光子探测器(12)的输入端与三端口光学环形器(5)的第三个端口相连，第二单光子探测器(13)的输入端与光学衰减器(11)的输出端连接，第三单光子探测器(14)的输入端与光学分束器(10)的另一个输出端连接，第一单光子探测器(12)、第二单光子探测器(13)和第三单光子探测器(14)的输出端分别与计算机(15)相连，计算机(15)还与时间数字转换器连接。

10.根据权利要求9所述的准分布式光学传感装置，其特征在于，所述的单光子探测器采用基于雪崩光电二极管或者超导波导器件，所述的时间数字转换器采用基于单片机、可编程逻辑器件、数字信号处理芯片、嵌入式芯片和专用的延时取与器件中的一种或多种器件实现。