一种实时检测单光子偏振量子态的装置与方法

摘要

本发明公开了一种实时测量单光子光束偏振状态的测试装置及方法，该装置包括测试系统和定标系统两部分。该测试装置利用能量分光镜和相位分光镜将被测光束分为四束，分别由四个单光子探测器对输入信号进行探测。利用定标装置获取系统的最优仪器矩阵；在测试时根据仪器矩阵和测试信号能得到被测信号的斯托克斯矢量。本发明的优点是：系统中无转动部件，测试速度快；测试系统充分的利用了被测试光束的能量，可用于单光子或极微弱光束的偏振状态检测；系统中有可变相位补偿器，能获取最优的系统仪器矩阵，测试精度高，结果可靠。

主权项

一种实时检测单光子偏振量子态的装置，它包括测试系统和定标系统两部分，测试系统由石英分光片，能量分束比为1∶1分光镜，两个可调相位补偿器、两个偏振分光镜、四个能量探测单光子探测器组成；定标系统由波长可调谐激光器、小孔光阑、起偏器、λ/4波片组成，其特征在于：所述的测试系统中，被测光束D经过石英分光平片(1)被分为光束D1和光束D2两路，石英分光平片未镀膜，光束D1占总能量的96％，作为测试光束进入系统；光束D2占总能量的4％，由能量监视单光子探测器(6)探测，光束D2的能量为I0；光束D1被能量分束比为1∶1分光镜(2)分为光束D1‑1和光束D1‑2；光束D1‑1经过第一可调相位补偿器(3‑1)后，可以补偿由能量分束比为1∶1分光镜(2)造成的相位偏移，第一偏振分光镜(4‑1)将光束D1‑1分为偏振状态相互正交的光束d1和光束d2，光束d1由第一单光子探测器(5‑1)探测输出，输出能量为I1，光束d2由第二单光子探测器(5‑2)探测输出，输出能量为I2；光束D1‑2经过可调相位补偿器(3‑2)后，调节相位补偿器(3‑2)的方位和相位，可以补偿由能量分束比为1∶1分光镜(2)造成的相位偏移，第二偏振分光镜(4‑2)将光束D1‑2分为偏振状态相互正交的两束光d3和d4，光束d3由第三单光子探测器(5‑3)探测输出，输出能量为I3，光束d4由第四单光子探测器(5‑4)探测输出，输出能量为I4；所述的定标系统中，可调谐激光器(7)发出的光束经空间滤波小孔光阑(8)、起偏器(9)和λ/4波片(10)后成为一偏振状态已知的光束C，光束C输入到测试系统中，可得出单光子探测器的输出信号值Iij，其中“i”是定标系 统产生的光束编号，“j”是在定标过程中单光子探测器的编号。