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摘 要

量子精密测量领域中，最难消除却又无法避免的就是噪声，光子的经典散粒噪声决定了系统的测量精度。解决光的散粒噪声极限的一个有效办法就是利用压缩态光场，本文研究的平衡零拍探测就是探测压缩态光场量子噪声的重要技术手段。为了对光场压缩态、量子纠缠态进行有效探测，光电探测器是必不可少的，其特性为高灵敏度和低噪声。为了满足这类探测需求，我们课题将对平衡探测器开展相关研究。因此为探测压缩态光源，首先是通过实验来制作平衡探测器。

本文将在介绍光场压缩态、平衡零拍探测的相关理论知识之后，结合实验过程，讲述平衡零拍探测器电路的设计原理和电路结构及平衡探测电路所涉及的电子元器件参数性能,最后做出实验数据总结。

关键词：平衡零拍探测 压缩光场 噪声

Researches on Balanced Detectors and Applications in Squeezed Light Sources

ABSTRACT

In the quantum precession measurement, noise is unavoidable and the most difficult to eliminate. An effective way to solve the shot noise limit of light is to use the squeezed state light field. The balanced homodyne detection is an effective method to detect the quantum noise of the squeezed state light field. In order to effectively detect the squeezed state of the light field and the quantum entangled state, the photodetector is indispensable. It is required that characters of the photodetectors are high sensitivity and low noise. In order to realize requirements of the detection, our research will focus on the balanced detectors. A balanced detector is designed and fabricated to detect a squeezed state light source in the experiments.

In this paper, we firstly introduce the relevant theory of the light field squeezed state and balanced homodyne detection. Secondly, the design principle and circuit structure of the balanced detector are demonstrated. In addition, the performance of the electronic components involved in the balance detection circuit are measured. Lastly, the conclusion of the experiment is given.

Keywords: balanced zero-shot detection；compressed light field；noise

目 录

第一章 绪论 1

1.1引言 1

1.2压缩态光源 1

1.3平衡零拍探测 2

1.4 光电探测器中的噪声分布 2

1.5小结 3

第二章 压缩态与平衡零拍技术简介 4

2.1 相干态 4

2.2 压缩态 4

2.3平衡零拍探测 5

2.4 高共模抑制比平衡零差检测 6

2.5 小结 7

第三章 光电探测器的原理与制作 8

3.1直流探测电路 8

3.1.1光谱响应度 8

3.1.2 暗电流 8

3.1.3光电二极管的选择 8

3.1.3运算放大器的作用 10

3.1.4电容器 10

3.1.5电路的设计与实现 10

3.2平衡探测电路 11

3.2.1平衡零拍探测技术 12

3.2.2平衡探测电路的优点 12

3.2.3平衡探测电路的器件选择 12

3.2.4电路的设计与实现 13

3.2.5稳压芯片 14

3.2.6三端稳压IC在电路运用中应注意以下事项： 15

3.3小结 15

第四章 光电探测器的性能测试 16

4.1 平衡探测器的测试系统 16

4.2 平衡探测器的测试 17

4.3平衡零拍交流特性 19

第五章 总结 23

参考文献 24

致谢 26

第一章 绪论

1.1引言

光作为一种自然界重要现象，吸引着大批的科学家前赴后继的加入到对它的研究中。经过不断的努力，目前光学测量提高到了量子噪声的水平，它由光场量子真空涨落限制。这种噪声是经过各种方法去除掉其他噪声后任然存在的噪声，这是光场的一种非经典噪声。

光电探测器在检测微弱的光信号时，常常会被其他低噪声所覆盖。由于量子噪声很难被消除，所以导致量子噪声的影响成为了量子光学研究方面的难题和目标。研究表明非经典光源能够有效解决这一问题，例如采用非经典的压缩态光场能够使得光学测量突破经典极限，甚至达到海森堡极限。然而要解决噪声带来的影响，首先要对光场压缩态进行研究，而这也就必须对压缩态进行探测。

在现代光学探测中，又以低频信号的测量更为重要。而低频压缩态的产生非常容易受到外界各种噪声的干扰，导致在观察的时候碰到困难。平衡零拍探测器在其中起到主要作用。

为了探索一种有效的检测方法和高性能的光电探测器来精确测量量子噪声抑制，人们开展了许多研究。平衡零差检测(BHD)方法可以有效地消除这种经典噪声，放大被测状态，并表征被测状态的正交振幅或者相位分量，是一种利用压缩光特性的成熟技术。

本文的主要工作安排如下，第一是对平衡零拍探测器的背景、目的、意义做简要的介绍。第二主要介绍一般的光电探测器和压缩态光源的原理，并对其特性和噪声种类进行了详细的分析，为研制用于探测压缩态光源的探测器提供理论基础。第三根据实验过程和内容着重介绍平衡探测器的研制和性能，包括其电路设计、测试系统的搭建、噪声分析等。第四章主要报告实验测试数据及结果。第五章对整个文章进行了总结

1.2压缩态光源

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