用于量子光學實驗的寬帶低噪聲探測器研制及應用.pdf

1、為了適應未來的高速通訊、高密度存儲及精密探測，人們不斷地探索以獲得噪聲更低的光源，從而有效提高信噪比。但是，根據(jù)量子力學基本原理，即使我們獲得了理想的相干光源，由于光的粒子性，相干光場仍然存在由光子數(shù)起伏所引起的量子噪聲（即標準量子極限或散粒噪聲極限）。利用量子光學的方法可以將光場的某一個分量的噪聲降低至散粒噪聲極限以下，即實驗獲得壓縮態(tài)光場。利用壓縮態(tài)光場可以進行突破散粒噪聲極限的精密測量等工作，在完成量子保密通信、執(zhí)行量子計算研究領

2、域有著潛在的應用前景。
　　在量子光學實驗中，要實現(xiàn)對壓縮態(tài)的探測，光電探測器首先要能夠準確測量散粒噪聲極限，以此為基準，測到的低于散粒噪聲基準的信號便是壓縮態(tài)光場。實驗中，光電探測器的選取要滿足以下基本條件:
　　1、光電探測器的量子效率要足夠高，從而在探測過程中減小對量子噪聲的破壞;
　　2、光電探測器的帶寬要盡可能的寬，實現(xiàn)在寬帶范圍內（測量量子噪聲的分析頻率通常為幾兆、幾十兆、甚至上百兆）對壓縮態(tài)光場的測量;<

3、br>　　3、光電探測器測得的散粒噪聲基準要高出光電探測器電子學噪聲10dB以上，從而在實驗中可以直接通過頻譜分析儀記錄的噪聲功率譜讀出壓縮態(tài)光場的壓縮度;
　　4、散粒噪聲基準的校準、壓縮態(tài)光場的測量需要一對性能相同的光電探測器同時工作，要求這一對光電探測器的共模抑制比大于30dB，從而可以減去經典噪聲，有效探測散粒噪聲基準及壓縮態(tài)光場。
　　本論文在闡明了量子光學實驗對光電探測器的特殊要求后，分析了影響光電探測器性能的主

4、要因素，即光電檢測器件的選取和放大電路的設計，并選擇合適的光電檢測器件和信號放大器件，設計電路圖，制作了一對平衡的寬帶低噪聲光電探測器。接著，用頻譜分析儀測試了寬帶低噪聲光電探測器的電子學噪聲為-91.5dBm（譜儀本身的噪聲為-98dBm），帶寬為50MHz，飽和功率為16mW。在平衡探測中，一對平衡的光電探測器在2MHz-31MHz寬帶范圍內共模抑制比均大于30dB。在獲得了一對平衡的寬帶低噪聲光電探測器后，實驗采用三種光源分別測量