用于量子光學(xué)實(shí)驗(yàn)的寬帶低噪聲探測(cè)器研制及應(yīng)用.pdf

1、為了適應(yīng)未來(lái)的高速通訊、高密度存儲(chǔ)及精密探測(cè)，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(xué)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(chǎng)仍然存在由光子數(shù)起伏所引起的量子噪聲（即標(biāo)準(zhǔn)量子極限或散粒噪聲極限）。利用量子光學(xué)的方法可以將光場(chǎng)的某一個(gè)分量的噪聲降低至散粒噪聲極限以下，即實(shí)驗(yàn)獲得壓縮態(tài)光場(chǎng)。利用壓縮態(tài)光場(chǎng)可以進(jìn)行突破散粒噪聲極限的精密測(cè)量等工作，在完成量子保密通信、執(zhí)行量子計(jì)算研究領(lǐng)

2、域有著潛在的應(yīng)用前景。
　　在量子光學(xué)實(shí)驗(yàn)中，要實(shí)現(xiàn)對(duì)壓縮態(tài)的探測(cè)，光電探測(cè)器首先要能夠準(zhǔn)確測(cè)量散粒噪聲極限，以此為基準(zhǔn)，測(cè)到的低于散粒噪聲基準(zhǔn)的信號(hào)便是壓縮態(tài)光場(chǎng)。實(shí)驗(yàn)中，光電探測(cè)器的選取要滿足以下基本條件:
　　1、光電探測(cè)器的量子效率要足夠高，從而在探測(cè)過(guò)程中減小對(duì)量子噪聲的破壞;
　　2、光電探測(cè)器的帶寬要盡可能的寬，實(shí)現(xiàn)在寬帶范圍內(nèi)（測(cè)量量子噪聲的分析頻率通常為幾兆、幾十兆、甚至上百兆）對(duì)壓縮態(tài)光場(chǎng)的測(cè)量;<

3、br>　　3、光電探測(cè)器測(cè)得的散粒噪聲基準(zhǔn)要高出光電探測(cè)器電子學(xué)噪聲10dB以上，從而在實(shí)驗(yàn)中可以直接通過(guò)頻譜分析儀記錄的噪聲功率譜讀出壓縮態(tài)光場(chǎng)的壓縮度;
　　4、散粒噪聲基準(zhǔn)的校準(zhǔn)、壓縮態(tài)光場(chǎng)的測(cè)量需要一對(duì)性能相同的光電探測(cè)器同時(shí)工作，要求這一對(duì)光電探測(cè)器的共模抑制比大于30dB，從而可以減去經(jīng)典噪聲，有效探測(cè)散粒噪聲基準(zhǔn)及壓縮態(tài)光場(chǎng)。
　　本論文在闡明了量子光學(xué)實(shí)驗(yàn)對(duì)光電探測(cè)器的特殊要求后，分析了影響光電探測(cè)器性能的主

4、要因素，即光電檢測(cè)器件的選取和放大電路的設(shè)計(jì)，并選擇合適的光電檢測(cè)器件和信號(hào)放大器件，設(shè)計(jì)電路圖，制作了一對(duì)平衡的寬帶低噪聲光電探測(cè)器。接著，用頻譜分析儀測(cè)試了寬帶低噪聲光電探測(cè)器的電子學(xué)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(cè)中，一對(duì)平衡的光電探測(cè)器在2MHz-31MHz寬帶范圍內(nèi)共模抑制比均大于30dB。在獲得了一對(duì)平衡的寬帶低噪聲光電探測(cè)器后，實(shí)驗(yàn)采用三種光源分別測(cè)量