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Acta Sinica Quantum Optica

高性能GHz带宽平衡零拍探测器的研制

段放世 Fangshi DUAN, 李超 Chao LI, 索普一 Puyi SUO, Zhongzhong Qin

Published Jan 1, 2025• 0 citations
Publisher

Abstract

高带宽、高共模抑制比的平衡零拍探测器在高速量子通信、宽带压缩光和纠缠光探测、宽带量子精密测量等领域具有重要应用价值。本文研制了一款GHz带宽、高共模抑制比和交直流分开的平衡零拍探测器。通过使用射频运放芯片，在1550 nm波段探测器的带宽可达1 GHz，最高信噪比为12 dB。通过将两个光电二极管分别对称放置于PCB的正反两侧，该探测器在20 MHz处获得了60.65 dB的共模抑制比。随后，使用该平衡零拍探测器测量1550 nm正交振幅压缩态光场的压缩度，在带宽3.5 MHz～71.5 MHz范围内观测到了最高−2.5 dB压缩。研究结果表明，该高带宽、高共模抑制比的平衡零拍探测器在宽带压缩光探测方面具有潜在应用价值。

DOI
10.3788/jqo20253101.0201

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arXiv:1303.1925•Optics Express•May 30, 2013•88 citations
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通过分析平衡零拍探测器的噪声来源，采用电阻-电容（R-C）耦合跨阻电路方案并优化跨阻放大电路结构，实现了一种低噪声、高共模抑制比的宽带平衡零拍探测器，工作带宽为1 kHz~200 MHz。当光功率为8 mW的 1550 nm激光入射时：在5 kHz分析频率处散粒噪声功率比电子学噪声功率高12 dB，共模抑制比达到70 dB；在100 MHz分析频率处散粒噪声功率比电子学噪声功率高20 dB，共模抑制比达到66 dB。该探测器可以为低频引力波探测、高速连续变量量子密钥分发和高速量子随机数发生器等应用提供高性能的探测工具。
正交压缩态的压缩方向与经典通信中的正交幅度调制兼容，因此基于正交压缩的量子通信协议更容易实现实用化和商用化。为此，在实验上制备了对应于光纤通信窗口的200 MHz宽带正交压缩态光场。首先，制作了腔长为8 mm的光学参量放大器，其半峰全宽达到210 MHz。然后，研制了1~300 MHz的低噪声平衡零拍探测器，其共模抑制比可以达到50 dB。最后，在1.3 μm波长处获得了带宽为200 MHz的宽带压缩态光场，这为开展高速量子通信提供了必要的量子光源。
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