1 山西大学物理电子工程学院，山西 太原 030006
2 中国科学院国家授时中心中国科学院时间基准及应用重点实验室，陕西 西安 710600
3 中国科学院大学天文与空间科学学院，北京 100049
平衡零拍探测技术是测量压缩态量子噪声的主要方法之一，通过光电二极管阵列和多路并行电感-电容（L-C）耦合跨阻的方式，实现了一种低噪声、高信噪比的多像素平衡零拍探测器，探测器的工作带宽为5 MHz。每一个像素通道中，光功率为1.66 mW的815 nm激光入射时，散粒噪声功率在2 MHz分析频率处比电子学噪声高23 dB。当光强分布在所有像素通道时，各通道散粒噪声功率和入射光强成正比，验证了探测器可以实现多通道并行的平衡零拍探测。该探测器可实现量子光学频率梳的频谱可分辨平衡零拍探测，为量子光学频率梳在量子精密测量领域的应用提供高性能的探测工具。
探测器 跨阻放大器 量子光学频率梳 平衡零拍探测器 光电二极管阵列 信噪比
山西大学物理电子工程学院 山西 太原 030006
平衡零拍探测器是量子光学和量子信息科学实验中的关键器件之一。本文针对典型的基于跨阻运算放大器的平衡零拍探测器, 理论上详细分析了探测器的电子学噪声、散粒噪声和信噪比等输出特性; 从理论分析、软件仿真和实验研究三方面分别获得了平衡零拍探测器的电子学噪声和散粒噪声功率谱, 谱线线型互相吻合; 实验研制的平衡零拍探测器, 在分析频率2 MHz处的信噪比达到了22 dB, 相应于电子学噪声引入的测量损耗约为0.6%, 满足测量压缩态光场等量子光学实验的需求。
平衡零拍探测器 电子学噪声 散粒噪声 信噪比 balanced homodyne detection electronic noise shot noise signal to noise ratio
1 山西大学光电研究所量子光学与光量子器件国家重点实验室, 山西 太原 030006
2 山西大学极端光学协同创新中心, 山西 太原 030006
改进了连续变量量子存储的平衡零拍探测器,得到了一种可以实时测量短脉冲光信号正交分量的快速响应平衡零拍探测器。利用无电容电路,以及高量子效率、低结电容的光电二极管,获得的平衡零拍探测器的响应时间为65 ns;当波长为795 nm、功率大于100 μW的激光入射时,在2.5 MHz处的信噪比超过12 dB,相应的饱和功率为6.8 mW。该平衡零拍探测器可以应用于连续变量量子存储、量子网络等研究领域中。
量子光学 平衡零拍探测器 正交分量 短脉冲光信号 响应时间 信噪比
空军工程大学信息与导航学院, 陕西 西安 710077
针对多光子纠缠测距方案量子态的产生和保持困难及量子关联测距中利用光路延迟法进行测距时量程有限的问题，设计了基于双模压缩态和平衡零拍探测的量子测距方案。利用双模压缩光束对应正交分量在同步时关联性最大的性质，对参考信号光电流进行时间延迟实现距离参数的测量，在双平衡零拍探测器对纠缠光束正交分量探测的基础上，分别提出了相关函数估计法、关联噪声估计法和关联矩阵分析法以实现量子测距的延迟时间估计，并进行了相应的理论证明和原理性仿真验证，结果表明，提出的量子测距方案是可行的。
量子光学 双模压缩态 量子关联噪声 量子测距 平衡零拍探测器
华东师范大学精密光谱科学与技术国家重点实验室, 上海 200062
平衡零拍探测技术具有低噪声和高灵敏度的特性,是量子噪声谱测量的主要方法之一。采用基尔霍夫定律，设计并研究了一种具有两级放大的平衡零拍光电探测器。由两个性能匹配的光电管相减产生的光电流经过一级跨阻放大后差分输出，再经过二级差分放大电路进行放大输出。结果表明，探测器饱和功率为5 mW，信号响应带宽约140 MHz。当入射光功率为2 mW、分析频率小于30 MHz 时，探测的光学噪声功率高于探测器电子噪声10 dB 以上。在20 MHz 附近，该探测器的共模抑制比达55 dB。
探测器 平衡零拍探测器 跨阻与差分放大 量子噪声 共模抑制比 激光与光电子学进展
2014, 51(4): 040401
