全光纤关联光子对标定通讯波段单光子探测器量子效率的实验研究

论文摘要

单光子探测器在计量技术领域,科学实验及光电检测领域,尤其是在未来的量子通信领域有着重要的应用,它已经成为各国光电子学界重点研究的课题。量子效率作为单光子探测器的一个重要参数,如何对其进行精确标定就成为一个具有重要意义的研究课题。传统的标定方法需要一个参考标准,即标准的光源或精度更高的标准探测器,这限制了标定的复现性和精度的有效提高。20世纪80年代,研究者提出一种不借助任何参考标准也不涉及单光子探测器其它指标的绝对标定方法,就是利用量子关联光子对的关联特性来进行标定。目前,单光子探测器量子效率标定实验中使用的都是晶体参量下转换过程产生的关联光子对,但是这种关联光子对在标定过程中有许多不足之处。与之相比,近年来出现的基于光纤四波混频过程产生的关联光子对就具有很大优势。因此,本研究小组提出利用光纤四波混频产生的关联光子对来对单光子探测器的量子效率进行标定,这种方法具有提高测量结果的精确度及实际应用的潜力。本论文首先阐明了单光子探测器量子效率标定在单光子探测中的意义,然后介绍了利用量子关联光子对标定单光子探测器量子效率的方法,同时指出了利用晶体产生的关联光子对进行标定实验的不足之处,然后,详细阐述了基于光纤产生的关联光子对绝对标定单光子探测器的理论原理。最后介绍了实验装置与实验过程,并对实验结果进行了分析。在综合考虑传输效率及各种损耗后,测得探测器对1550nm通讯波段的光的量子效率约为13.74%,论文中还对影响实验的拉曼光子和单通道带宽进行了比较分析。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 单光子探测器及其量子效率标定的意义
• 1.2 量子关联光子对绝对标定单光子探测器量子效率
• 1.2.1 量子关联及其应用
• 1.2.2 量子关联光子对标定单光子探测器量子效率基本原理
• 1.2.3 基于晶体产生关联光子对标定单光子探测器量子效率
• 1.2.4 基于晶体产生关联光子对标定量子效率的研究现状
• 1.2.5 基于晶体产生关联光子对标定量子效率的优势和不足
• 1.2.6 全光纤关联光子对
• 1.3 论文的研究内容与意义
• 第二章 全光纤关联光子对标定单光子探测器量子效率的实验原理
• 2.1 基于光纤四波混频产生关联光子对
• 2.1.1 单通道光子计数
• 2.1.2 符合计数
• 2.1.3 拉曼光子
• 2.2 全光纤关联光子对绝对标定量子效率原理
• 2.3 本章小结
• 第三章 实验及结果分析
• 3.1 单光子探测器量子效率标定的实验装置
• 3.1.1 实验装置概述
• 3.1.2 全光纤量子关联光子对的产生
• 3.1.3 信号/闲频光偏振控制和滤波
• 3.1.4 光子探测
• 3.2 实验步骤
• 3.3 实验数据处理与实验结果
• 3.3.1 200mDSF在常温下（300K）的实验
• 3.3.2 200mDSF在液氮中（77K）的实验
• 3.3.3 不同带宽对实验的影响
• 3.4 本章小结
• 第四章 总结与展望
• 4.1 本论文工作总结
• 4.2 本标定实验的发展前景与后续工作
• 参考文献
• 发表论文和参加科研情况说明
• 致谢