一种光纤陀螺用光子纠缠源及其产生方法

本发明涉及光子纠缠源，具体涉及一种光纤陀螺用光子纠缠源及其产生方法。

背景技术：

1、光纤陀螺原理在物理上讲叫sagnac效应。如图1所示，在一个闭合光路中，从同一光源发出的两束光，相对传播，汇合到同一探测点将产生干涉，若该闭合光路存在相对于惯性空间的旋转，则沿正、反方向传播的光束将产生光程差，该差值与旋转角速度成正比。利用光电探测器测相位差计算出旋转角速度。

2、光纤陀螺的工作机制主要基于光的sagnac干涉，对于经典的sagnac干涉型光纤陀螺，光纤陀螺的探测精度主要取决于光纤陀螺的最小相位分辨率，光纤陀螺的最小相位分辨率越高，光纤陀螺的探测精度越高；光纤陀螺的最小相位分辨率δφ可表示为：

3、

4、其中，l为光纤长度，d为光纤环圈直径，λ为光波长度，c是光真空速度，ω为陀螺转角。可以看出，最小相位分辨率δφ与光纤环直径d、光纤长度l成正比，与入射光源的光波长度λ成反比。可见，提高光纤陀螺的探测精度能够采用的手段主要包括：增大光纤环圈直径、增加光纤长度和减小探测光波长度。但是，增加光纤环圈直径和光纤长度将增大系统的整体尺寸，也会提高系统的光纤传输损耗。而减小探测光波长度，则会受限于短波长光源的制备，而且，若探测光的光波长度过小时，会加剧探测光在传输过程中的损耗。

5、因此，亟需提供一种能够提高光纤陀螺探测精度的方案。

技术实现思路

1、本发明的目的是解决现有技术中提高光纤陀螺探测精度受限于系统整体尺寸、光纤传输损耗以及短波长光源制备的技术问题，而提供一种光纤陀螺用光子纠缠源及其产生方法。

2、为解决上述技术问题，本发明提供的技术解决方案如下：

3、一种光纤陀螺用光子纠缠源，其特殊之处在于：

4、包括用于产生泵浦激光的泵浦激光器，以及沿泵浦激光传输方向依次设置的非线性晶体、走离补偿器和保偏合束器；

5、所述非线性晶体用于进行ii型自发参量下转换，将入射的泵浦激光转换为偏振方向相互垂直且具有纠缠特性的信号光和闲频光；

6、所述走离补偿器与保偏合束器之间设置有分别用于反射信号光和闲频光的第一激光反射镜、第二激光反射镜，以及与第一激光反射镜和第二激光反射镜一一对应的第一光纤耦合器、第二光纤耦合器；

7、信号光和闲频光分别经第一光纤耦合器、第二光纤耦合器耦合后由保偏合束器整合输出形成光子纠缠源。

8、进一步地，所述第一光纤耦合器和第二光纤耦合器均为带保偏光纤的光纤耦合器；第一光纤耦合器和第二光纤耦合器均通过保偏光纤接入保偏合束器。

9、进一步地，所述第一激光反射镜和第二激光反射镜之间设置有滤光片，用于吸收未转换为信号光和闲频光的泵浦激光。

10、本发明还提供了一种光纤陀螺用光子纠缠源的产生方法，其特殊之处在于，包括如下步骤：

11、s1、组装上述的光纤陀螺用光子纠缠源；

12、s2、调节泵浦激光器发出泵浦激光，泵浦激光射入非线性晶体内；

13、非线性晶体进行ii型自发参量下转换，将射入的泵浦激光转换为偏振方向相互垂直且具有纠缠特性的信号光和闲频光；

14、s3、信号光和闲频光透过走离补偿器，由走离补偿器修正为输出时间同步的信号光和闲频光；

15、s4、调节第一激光反射镜和第二激光反射镜的角度，使信号光和闲频光分别准直入射至第一光纤耦合器、第二光纤耦合器内；

16、s5、第一光纤耦合器和第二光纤耦合器分别对信号光和闲频光进行耦合，形成信号纠缠光子流、闲频纠缠光子流；

17、s6、第一光纤耦合器和第二光纤耦合器分别将信号纠缠光子流、闲频纠缠光子流输送至保偏合束器，信号纠缠光子流和闲频纠缠光子流经保偏合束器整合后输出形成光子纠缠源。

18、进一步地，步骤s2中，泵浦激光由非线性晶体的中心射入非线性晶体内。

19、进一步地，步骤s2还包括，将未在非线性晶体中实现ii型自发参量下转换的泵浦激光射入设置在第一激光反射镜和第二激光反射镜之间的滤光片，由滤光片进行吸收。

20、与现有技术相比，本发明的有益效果为：

21、1、本发明提供的光纤陀螺用光子纠缠源，通过非线性晶体实现ii型自发参量下转换，将泵浦激光转换输出为偏振方向相互垂直且具有纠缠特性的信号光和闲频光；通过第一激光反射镜将信号光反射至第一光纤耦合器，通过第二激光反射镜将闲频光反射至第二光纤耦合器，第一光纤耦合器和第二光纤耦合器分别用于保证信号光和闲频光的纠缠特性，第一光纤耦合器和第二光纤耦合器分别将信号光和闲频光耦合入保偏合束器，通过保偏合束器将信号光和闲频光整合为纠缠光子源；由于光子纠缠源产生的具有纠缠态的信号光和闲频光存在强关联性，将光子纠缠源应用于光纤陀螺的测试中，可以通过测试具有纠缠特性的信号光和闲频光的相位差，实现光纤陀螺的精准检测；可以在不改变探测光波长的情况下实现光纤陀螺的干涉探测相位超分辨，使光纤陀螺探测精度突破标准量子极限；克服了现有技术中提高光纤陀螺探测精度受限于系统整体尺寸、光纤传输损耗以及短波长光源制备的技术问题。

22、2、本发明提供的光纤陀螺用光子纠缠源及其产生方法，通过将非线性晶体、走离补偿器和保偏合束器依次排列在泵浦激光器产生的泵浦激光的激光照射方向上，再使用第一激光反射镜和第二激光反射镜分别对信号光和闲频光的角度进行调整，使信号光和闲频光可以快速射入第一光纤耦合器、第二光纤耦合器，信号光和闲频光分别射入第一光纤耦合器、第二光纤耦合器内，在保证纠缠度的同时，方便通过保偏合束器整合后应用于光纤陀螺。

技术特征：

1.一种光纤陀螺用光子纠缠源，其特征在于：

2.根据权利要求1所述的光纤陀螺用光子纠缠源，其特征在于：

3.根据权利要求1所述的光纤陀螺用光子纠缠源，其特征在于：

4.一种光纤陀螺用光子纠缠源的产生方法，其特征在于，包括如下步骤：

5.根据权利要求4所述的光纤陀螺用光子纠缠源的产生方法，其特征在于：

6.根据权利要求4所述的光纤陀螺用光子纠缠源的产生方法，其特征在于：

技术总结本发明涉及光子纠缠源，以解决现有技术中提高光纤陀螺探测精度受限于系统整体尺寸、光纤传输损耗以及短波长光源的制备的技术问题。本发明公开了一种光纤陀螺用光子纠缠源及其产生方法，包括沿泵浦激光器的泵浦激光传输方向依次设置的非线性晶体、走离补偿器和保偏合束器；非线性晶体用于进行II型自发参量下转换，将泵浦激光转换为信号光和闲频光；走离补偿器与保偏合束器之间设置有分别用于反射信号光和闲频光的第一激光反射镜、第二激光反射镜，以及与第一激光反射镜和第二激光反射镜一一对应的第一光纤耦合器、第二光纤耦合器；信号光和闲频光分别经第一光纤耦合器、第二光纤耦合器耦合后由保偏合束器整合形成光子纠缠源。技术研发人员：阮驰,汪立新,刘红军,沈强,王昭路,李灿受保护的技术使用者：中国科学院西安光学精密机械研究所技术研发日：技术公布日：2024/6/13