1.基于频率纠缠态的高精度量子测距装置,其特征在于:包括纠缠光子源、偏振分束器(9)、单模光纤耦合器组、光纤环形器(11)和光学收发天线(12);所述纠缠光子源包括泵浦光源(1)、第一透镜(2)、非线性光学晶体(3)、温控炉(4)、温控模块(5)、第二透镜(6)、二向色镜(7)、长通滤波片(8);所述纠缠光子源用于得到双光子,双光子在频率差方向上具有极宽的分布,即双光子在时间差方向上具有极窄的分布;所述单模光纤耦合器组包括第一单模光纤耦合器(10)、第二单模光纤耦合器(15);所述偏振分束器(9)有三个端口,双光子通过第一端口输入,通过所述偏振分束器(9)分离出信号光子和闲频光子,信号光子通过第二端口输出,闲频光子通过第三端口输出,第三端口连接有反射镜(14),反射镜(14)与第二单模光纤耦合器(15)连接,第二单模光纤耦合器(15)电性连接有第二单光子探测器(16);第二端口与第一单模光纤耦合器(10)连接,第一单模光纤耦合器(10)连接有光纤环形器(11),光纤环形器(11)一端连接有光学收发天线(12),光纤环形器(11)另一端电性连接有第一单光子探测器(13);第一单光子探测器(13)、第二单光子探测器(16)均与一符合计数器(17)连接,符合计数器(17)连接有计算机端(18)。
2.根据权利要求1所述的基于频率纠缠态的高精度量子测距装置,其特征在于:泵浦光源(1)产生的泵浦光经过第一透镜(2)聚焦至非线性光学晶体(3)上,通过温控模块(5)控制温控炉(4)调节晶体温度,使得泵浦光在晶体中发生自发参量下转换SPDC,产生的双光子和剩余泵浦光通过第二透镜(6)进行准直;45°放置二向色镜(7)来反射泵浦光,透射双光子,使用长通滤波片(8)进一步滤除双光子中的剩余泵浦光,得到的双光子在频率差方向上具有极宽的分布,即双光子在时间差方向上具有极窄的分布。
3.根据权利要求2所述的基于频率纠缠态的高精度量子测距装置,其特征在于:闲频光子经反射镜(14)入射第二单模光纤耦合器(15),经光纤传输后被第二单光子探测器(16)收集。
4.根据权利要求3所述的基于频率纠缠态的高精度量子测距装置,其特征在于:信号光子入射第一单模光纤耦合器(10),经光纤传输入射光纤环形器(11),从光纤环形器(11)中输出后入射光学收发天线(12),光学收发天线(12)将信号光子发送至自由空间,使信号光子传播至待测目标;由待测目标反射的信号光子返回后由光学收发天线(12)收集,经光纤传输进入光纤环形器(11),从光纤环形器(11)中输出的信号光子经光纤传输后被第一单光子探测器(13)收集。
5.根据权利要求4所述的基于频率纠缠态的高精度量子测距装置,其特征在于:第一单光子探测器(13)和第二单光子探测器(16)产生的单光子探测信号入射符合计数器(17),实现信号光子与闲频光子的符合计数测量,根据飞行时间测距原理将符合计数测量结果利用计算机端(18)进行数据处理,从而得到待测目标的距离信息。
6.基于频率纠缠态的高精度量子测距方法,其特征在于:其采用如权利要求1-5中任一所述的基于频率纠缠态的高精度量子测距装置,并包括以下步骤:S1.通过泵浦光源(1)、第一透镜(2)、非线性光学晶体(3)、温控炉(4)、温控模块(5)、第二透镜(6)、二向色镜(7)、长通滤波片(8)得到频率纠缠双光子态,双光子态在频率差方向上具有极宽的分布,即双光子态在时间差方向上具有极窄的分布;S2.双光子为一对纠缠光子,分别称为信号光子与闲频光子,经偏振分束器(9)分离后,闲频光子通过反射镜(14)被耦合进第二单光子探测器(16),调节反射镜(14),使得在计算机端观察到的单计数最大;信号光子同样被耦合进第一单光子探测器(13),使得在计算机端观察到的单计数最大;S3.记录下符合计数最大时的符合计数峰的相关数据;S4.重复S3多次,得到多次重复测量数据,对数据进行处理得到测距信息。
7.根据权利要求6所述的基于频率纠缠态的高精度量子测距方法,其特征在于:在双光子中,频率差(ω s -ω i )足够大,ω s 和ω i 分别表示信号光子和闲频光子的角频率,根据傅里叶变换原理,时间带宽乘积为常数,即:(ω s -ω i )(t s -t i )=Constant其中,t s 和t i 分别为信号光子和闲频光子到达探测器的时间,(ts-ti)为信号光子和闲频光子的时间差,因此当频率差(ω s -ω i )足够大时,(t s -t i )足够小。
8.根据权利要求7所述的基于频率纠缠态的高精度量子测距方法,其特征在于:S2-S4中,测距原理为:闲频光子作为参考信号直接被第二单光子探测器(16)耦合接收;信号光子作为测量信号首先经光纤环形器(11)和光学收发天线(12)传至待测目标处,然后又经光纤环形器(11)和光学收发天线(12)反射由第一单光子探测器(13)耦合接收;设信号光子和闲频光子到达探测器的时间分别为t s 和t i ,光的传播速度为c,待测距离L为光源到待测目标的距离:L=c(t s -t i ) / 2。