【專利解密】思量量子高分辨多色分束系統(tǒng)及其光子濾波方案

【嘉勤點評】思量量子發(fā)明的高分辨多色分束系統(tǒng)及其光子濾波方案，該方案中的多色分束器具有高分辨率、高消光比等優(yōu)點，能夠較好地適應光譜分析技術的發(fā)展和市場需求。

在材料成分精細分析、生物弱光探測、光與物質的非經典干涉等領域，常常需要將極弱的信號光從背景噪音光子中提取出來，并按照頻率不同進行分離。

然而，許多噪音光子的頻率和有用的信號光子的頻率非常相近，而且不同類信號光子之間的頻率往往也非常相近，比如其頻率差值只有幾個GHz，甚至只有幾百MHz。目前，商用的光譜分析儀器還不能兼顧高分辨率和高消光比，因為高分辨率往往也就意味著較低的消光比和較低的信噪比。

如今，人們對光子頻率分束器的要求越來越高，在某些場合下（比如光與物質非經典干涉實驗）不僅需要較高的光譜分辨率，還需要消光比高于幾百萬比一，但是一直以來由于種種技術困難還沒有多色分束器可以兼顧高光譜分辨率和高消光比。

為此，思量量子在2020年11月25日申請了一項名為“高分辨多色分束系統(tǒng)及其光子濾波方法”的發(fā)明專利（申請?zhí)枺?02011335618.5），申請人為上海思量量子科技有限公司。

根據(jù)該專利目前公開的相關資料，讓我們一起來看看這項技術方案吧。

如上圖，為機箱的立體結構示意圖，該機箱主要包括有：光學面板401、防護外殼402和減震底座403。這種濾波系統(tǒng)的光路搭建在光學面板上，防護外殼用于保護光路不受碰撞，同時可以提高整個系統(tǒng)的溫度穩(wěn)定性。減震底座可以有效隔離50Hz以上的震動，用來保證光路的穩(wěn)定性。

如上圖，為這種高分辨多色分束系統(tǒng)的結構原理圖，這種高分辨多色分束系統(tǒng)包括若干f分束組件單元，總共設有四組，分別為：f1分束組件、f2分束組件、f3分束組件和f4分束組件。這四個分束組件之間相互平行設置，f4分束組件提供噪音出口。每一個f分束組件單元包括：光隔離器100、輔助光路器件200、濾波腔300和溫度控制模塊。

該結構在安裝時，會先將輔助光路器件置于濾波腔和光隔離器之間，接著依次安裝光隔離器、輔助光路器件、濾波腔、輔助光路器件、光隔離器、輔助光路器件、濾波腔以及輔助光路器件。

其中，該專利中設計的濾波腔屬于法布里玻羅腔的一種，外形像是一塊平凸玻璃透鏡，前后表面鍍有高反射率的增反膜。相對于前后表面平行的法布里玻羅腔，這種平凸式的濾波腔不僅具有頻率濾波功能，還具有空間模式濾波功能。

另外，相對于由兩面獨立反射鏡構成的濾波腔，這種一體式的塊狀腔不需要額外的光束和鎖相器進行相位鎖定以鎖定兩面反射鏡的空間距離，因此使得光路調試難度大大降低。且這種濾波腔的腔長（不同腔長對應不同透過頻率）由溫度控制模塊即可進行調節(jié)和鎖定。

通過級聯(lián)多個這樣的平凸式濾波腔，不僅可以實現(xiàn)多種頻率光子之間的分離以及與噪音光子的分離，還可以實現(xiàn)幾十萬比一甚至幾千萬比一的消光比（該數(shù)值與級聯(lián)的濾波腔數(shù)量有關）。

最后，我們來看看這種光子頻率濾波方法的流程原理框圖，首先是對機箱的整體進行設計、制作和安裝，并制作好濾波腔，以及對各個濾波腔溫度模塊的PID參數(shù)進行優(yōu)化。其次，在機箱內部搭建濾波腔和輔助光路，依次安裝光隔離器、輔助光路器件、濾波腔、輔助光路器件、光隔離器、輔助光路器件、濾波腔和輔助光路器件形成f分束組件單元。

通過對每個頻率通道的透過率和消光比進行優(yōu)化，并精細校正每個濾波腔的溫度，從而可以將信號光收集到多色分束系統(tǒng)的輸入光纖，并從輸出光纖得到純凈的信號光。

以上就是思量量子發(fā)明的高分辨多色分束系統(tǒng)及其光子濾波方案，該方案中的多色分束器具有高分辨率、高消光比等優(yōu)點，能夠較好地適應光譜分析技術的發(fā)展和市場需求。

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