一種衛星鐘差測量裝置的制造方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種衛星鐘差測量裝置，特別涉及一種利用量子糾纏技術實現的衛星時鐘鐘差測量裝置。
【背景技術】
[0002]目前，高精度時鐘測量裝置通常都選用衛星導航接收機OEM部件作為衛星信號接收器，以衛星導航單元的輸出時間作為基準，其測量精度通常可以達到50ns左右，但是，由于衛星導航單元本身存在時鐘偏差，為減小衛星鐘差，GPS通過縮減衛星鐘參考時刻間距、提高廣播星歷更新頻率來提高廣播的衛星鐘差精度，這種利用衛星導航單元的時鐘同步測量信息設計的時鐘測量裝置，其同步精度都在納秒級，通常為1ns左右，因此無法滿足高精度定時的用戶需求。采用具有糾纏與壓縮特性的量子脈沖進行時鐘測量可以突破經典物理的限制，達到很高的測量精度。糾纏光子對的二階相關函數在時間上的可區分度可達到飛秒量級。利用糾纏量子提高衛星鐘差測量精度這樣的裝置在國內外尚未被披露。
【發明內容】
[0003]本發明利用量子糾纏脈沖實現一種衛星鐘差測量裝置，可實現高精度測量，該測量裝置由三部分組成，包括量子糾纏脈沖對生成模塊、糾纏對探測與檢測模塊以及衛星鐘差預報計算與輸出模塊。其中量子糾纏脈沖對生成模塊輸出具有糾纏特性的光子對，糾纏對探測與檢測模塊對光子對通過不同路徑的光程差進行測量處理，并且將延遲差輸出至衛星鐘差預報計算與輸出模塊，衛星鐘差預報計算與輸出模塊對其進行處理，并顯示衛星與地面的時鐘差。
[0004]本發明的衛星鐘差測量裝置，包括量子糾纏脈沖對生成模塊101、糾纏對探測與檢測模塊102以及衛星鐘差預報計算與輸出模塊(103)，其特征在于:
[0005]量子糾纏脈沖對生成模塊101在控制信號K2控制下產生具有糾纏特性的光子對，分別為光子s3和光子i3，將光子s3送入衛星端20，通過衛星端20的反射得到反射光子s4;將光子i3送入地面端30，通過地面端30的反射得到反射光子i4;
[0006]糾纏對探測與檢測模塊102接收衛星端20反射的反射光子s4與地面端30反射的反射光子i4，計算得到光子通過不同路徑相對于量子糾纏脈沖對生成模塊101產生光子s3和i3的時間為基準的延遲量Dl和延遲量D2并輸出，其中延遲量Dl和延遲量D2分別是光子經由衛星端20和地面端30的延遲量；
[0007]衛星鐘差預報計算與輸出模塊103通過計算輸入的延遲量Dl和延遲量D2得到衛星到地面的時鐘差Sd并顯示輸出。
[0008]在本發明的一個實施例中，量子糾纏脈沖對生成模塊(101)包括栗浦光源1011、栗浦光聚焦單元1012、糾纏產生單元1013、糾纏補償單元10141、糾纏補償單元10142及分束器1015，其中
[0009 ] 栗浦光源1011輸出激光GI至栗浦光聚焦單元1012得到聚焦激光G2 ；
[0010]聚焦激光G2輸入糾纏產生單元1013生成一對糾纏光子，分別為光子Si和光子il;
[0011]光子Si輸入糾纏補償單元10141、光子il輸入糾纏補償單元10142以補償兩糾纏光子的橫向偏移和縱向光程差，提高糾纏光子的糾纏性能；
[0012]補償后的糾纏光子對即光子s2和光子i2輸入分束器1015，使得糾纏光子互換，同時分束器1015在輸入控制信號K2控制下輸出糾纏光子對光子s3和光子i3。
[0013]在本發明的一個實施例中，栗浦光源1011為半導體激光器，其輸出功率為50mW，中心波長為405納米，出射激光光束直徑約I_2mm，偏振方向是水平偏振。
[0014]在本發明的一個實施例中，栗浦光聚焦單元1012由光學透鏡10121、半波片10122、光學反射鏡10123順次連接而成，其中
[0015]光學透鏡10121完成光路對準；
[0016]半波片10122產生半波長的光程差；
[0017]反射鏡10123將半波片10122產生的光反射輸出。
[0018]在本發明的一個實施例中，栗浦光聚焦單元1012輸出的光束直徑為300-500微米，半波片10122工作波長為405納米，反射鏡10123將405納米波長的光反射輸出。
[0019]在本發明的一個實施例中，糾纏產生單元1013選自非線性晶體。
[0020]在本發明的一個具體實施例中，糾纏產生單元1013為2mm厚度的偏硼酸鋇晶體，切角為3°。
[°021 ]在本發明的一個具體實施例中，糾纏補償單元10141和糾纏補償單元10142由半波片和厚度為Imm的非線性晶體構成。
[0022]在本發明的一個實施例中，糾纏對探測與檢測模塊102包括延遲晶體1022、單光子探測器10231和單光子探測器10232、相關檢測器1024，其中
[0023]地面端30反射的光子i4輸入單光子探測器10232;
[0024]衛星端(20)反射的光子s4輸入延遲晶體1022，繼而，延遲晶體1022輸出延遲光子s5至單光子探測器10231;
[0025]單光子探測器10231輸出探測的光子數Cl;
[0026]單光子探測器10232輸出探測的光子數C2;
[0027]光子數Cl與光子數C2輸入相關檢測器1024，相關檢測器1024測量兩路的符合光子數，相關檢測器1024輸出控制信號Kl至延遲晶體1022;并且
[0028]延遲晶體1022輸出延遲量Dl，延遲晶體1022在控制信號K2控制分束器1015情況下輸出延遲量D2。
[0029]在本發明的一個實施例中，衛星鐘差預報計算與輸出模塊103包括微處理器單元1031、程序存儲單元1032和顯示單元1033，其中
[0030]微處理器單元1031調用程序存儲單元1032中的算法對量子對探測與檢測模塊102輸出的延遲量Dl和延遲量D2進行處理，輸出衛星端20到地面端30的時鐘差Sd數據；
[0031]程序存儲單元1032存儲經由微處理器單元1031處理過的時鐘差Sd數據，微處理器單元1031可調用存儲在程序存儲單元1032中的時鐘差Sd數據；
[0032]顯示單元1033接收微處理器單元1031輸出的時鐘差Sd數據并顯示。
[0033]該測量裝置利用了量子力學中的糾纏特性，具有糾纏特性的光子對存在高度的關聯性，其測量精度可以小于I納秒。
【附圖說明】
[0034]圖1是本發明衛星鐘差測量裝置的組成框圖；
[0035]圖2是量子糾纏脈沖對生成模塊101組成框圖；
[0036]圖3是栗浦光聚焦單元1012組成框圖；
[0037]圖4是糾纏對探測與檢測模塊102組成框圖；
[0038]圖5是衛星鐘差預報計算與輸出模塊103組成框圖。
[0039]附圖標記說明:
[0040]衛星鐘差測量裝置10，量子糾纏脈沖對生成模塊101，糾纏對探測與檢測模塊102，衛星鐘差預報計算與輸出模塊103，栗浦光源1011，栗浦光聚焦單元1012，糾纏產生單元1013，糾纏補償單元10141，糾纏補償單元10142，分束器1015，激光Gl，聚焦激光G2，光子Si，光子il，光子s2，光子i2，光子s3，光子i3，控制信號K2，衛星端20，地面端30，延遲晶體1022，單光子探測器10231，單光子探測器10232，相關檢測器1024，光子i4，光子s4，控制信號Kl，延遲量Dl，延遲量D2，微處理器單元1031，程序存儲單元1032，顯示單元1033，鐘差數值Sd，光學透鏡10121，半波片10122，反射鏡10123。
【具體實施方式】
[0041]為了使本發明的目的、技術方案以及優點更加清楚明白，以下結合附圖和實施例，對本發明進行進一步詳細說明。
[0042]如圖1所示，本發明的衛星鐘差測量裝置主要包括量子糾纏脈沖對生成模塊101、糾纏對探測與檢測模塊102和衛星鐘差預報計算與輸出模塊103。其中量子糾纏脈沖對生成模塊101在輸入控制信號K2控制下產生具有糾纏特性的光子對，分別為光子s3和光子i3，將光子s3送入衛星端20，通過衛星端20的反射得到反射光子s4;光子i3送入地面端30，通過地面端30的反射得到反射光子i4;糾纏對探測與檢測模塊102接收反射光子s4與反射光子i4，經過計算，得到光子通過不同路徑相對于量子糾纏脈沖對生成模塊101產生光子s3和i3的時間為基準的延遲量DI和延遲量D2并輸出，其中延遲量DI和延遲量D2分別是光子經由衛星端20和地面端30的延遲量;衛星鐘差預報計算與輸出模塊103通過計算輸入的延遲量Dl和延遲量D2得到衛星到地面的時鐘差Sd并顯示輸出。
[0043]如圖2所示，量子糾纏脈沖對生成模塊101包括栗浦光源1011、栗浦光聚焦單元1012、糾纏產生單元1013、糾纏補償單元10141、糾纏補償單元10142及分束器1015。栗浦光源1011輸出激光Gl至栗浦光聚焦單元1012得到聚焦激光G2;聚焦激光G2輸入糾纏產生單元1013生成一對糾纏光子，分別為光子Si和光子il，然后將光子Si輸入到糾纏補償單元10141，光子il輸入到糾纏補償單元10142，以補償兩糾纏光子的橫向偏移和縱向光程差，提高糾纏光子的糾纏性能;補償后的糾纏光子對即光子s2和光子i2被輸入至分束器1015，使得糾纏光子互換，同時分束器1015在輸入控制信號K2控制下輸出糾纏光子對，即光子s3和光子i3。如圖2所示，栗浦光源1011為激光器，例如半導體激光器，其輸出功率約50mW，中心波長為405納米，出射激光光束直徑約I_