2mm，输出激光偏振方向是水平偏振。
[0044]如图3所示，栗浦光聚焦单元1012主要由光学透镜10121，半波片10122和反射镜10123组成，半波片10122例如选择工作波长为405纳米。栗浦光聚焦单元1012对栗浦光源1011进行聚焦，激光Gl依次经过光学透镜10121、半波片10122、反射镜10123，其中光学透镜10121完成光路对准，半波片10122产生半波长的光程差，反射镜10123对特定波长的光反射输出，栗浦光源1011的光束直径约为300-500微米。
[0045]在本发明的一个实施例中，纠缠产生单元1013选用非线性晶体，栗浦光源1011产生的激光Gl，先经过栗浦光聚焦单元1012聚焦产生聚焦激光G2，再经由非线性晶体进行参量下转换，生成一对纠缠光子对，一个光子为il，另一个光子为Si。由于非线性晶体对这两个不同极化光子的折射率不同，从而导致存在一定的时间差，在空间上也会在产生横向以及纵向的侧移，因此必须经过纠缠补偿单元进行补偿。在本发明的一个实施例中，纠缠产生单元1013选取厚度为2mm，切角为3°的非线性晶体。在本发明的一个优选实施例中，非线性晶体为偏硼酸钡晶体。缠补偿单元10141和纠缠补偿单元10142用于补偿两光子的横向偏移和纵向光程差，提高纠缠光子对的纠缠性能。在本发明的一个实施例中，缠补偿单元10141和纠缠补偿单元10142由半波片和厚度为Imm的非线性晶体构成。
[0046]分束器1015在控制信号K2控制下用于相互纠缠s2光子和i2光子的互换。输出具有纠缠特性的两个光子s3和i3。
[0047]如图4所示，纠缠对探测与检测模块102用于探测光子对通过不同路径的光程差，包括延迟晶体1022、单光子探测器10231、单光子探测器10232、相关检测器1024。卫星端20反射的光子s4输入延迟晶体1022，地面端30反射的光子i4输入单光子探测器10232。延迟晶体1022对输入的光子s4进行时间延迟，输出延迟光子s5至单光子探测器10231，单光子探测器10231输出探测的光子数Cl，单光子探测器10232输出探测的光子数C2，光子数Cl与光子数C2输入相关检测器1024，相关检测器1024用于测量两路的符合光子数，相关检测器1024输出控制信号Kl至延迟晶体1022对其延迟时间进行控制，延迟晶体1022输出延迟量Dl。延迟晶体1022在控制信号K2控制分束器1015情况下输出延迟量D2。
[0048]如图5所示，卫星钟差预报计算与输出模块103，用于对卫星端20时钟延迟量Dl和地面端30时钟延迟量D2之差进行数据处理，输出卫星端20到地面端30的时钟差Sd，包括微处理器单元1031、程序存储单元1032和显示单元1033。在本发明的一个实施例中中，微处理器单元1031选用ARM芯片，但是正如本领域技术人员所知，微处理器单元1031也可以采用其他处理器。微处理器单元1031输入延迟量Dl和延迟量D2，调用程序存储单元1032中存储的数据处理方法，例如哈达玛抗差卡尔曼估计算法(基于量子纠缠时钟测量的抗差卡尔曼卫星钟差预报，苑博睿，杨春燕，杜鹏亮，《大地测量与地球动力学》,2015,35(2): 203-206)，估计出卫星钟差模型系数，采用双因子联合抗差(量子卫星钟差预报的双因子联合抗差方法，苑博睿，杨春燕，曹嘉容，杜鹏亮，第六届中国卫星导航学术年会论文集)降低钟速降权因子的敏感特性，经过上述数据处理后，微处理器单元1031输出钟差数值Sd送入显示单元1033进行显示。在本发明的一个实施例中，显示单元1033为液晶显示器。
[0049]通过该测量装置24小时预报精度比通常的钟差测量装置的提高10倍，达到I纳秒以内。
【主权项】
1.一种卫星钟差测量装置，包括量子纠缠脉冲对生成模块(101)、纠缠对探测与检测模块(102)以及卫星钟差预报计算与输出模块(103)，其特征在于: 量子纠缠脉冲对生成模块(101)在控制信号K2控制下产生具有纠缠特性的光子对，分别为光子s3和光子i3，将光子s3送入卫星端(20)，通过卫星端(20)的反射得到反射光子s4;将光子i3送入地面端(30)，通过地面端(30)的反射得到反射光子i4; 纠缠对探测与检测模块102接收卫星端(20)反射的反射光子s4与地面端(30)反射的反射光子i4，计算得到光子通过不同路径相对于量子纠缠脉冲对生成模块(101)产生光子s3和i3的时间为基准的延迟量Dl和延迟量D2并输出，其中延迟量Dl和延迟量D2分别是光子经由卫星端20和地面端30的延迟量； 卫星钟差预报计算与输出模块(103)通过计算输入的延迟量Dl和延迟量D2得到卫星到地面的时钟差Sd并显示输出。2.如权利要求1所述的卫星钟差测量装置，其特征在于:量子纠缠脉冲对生成模块(101)包括栗浦光源(1011)、栗浦光聚焦单元(1012)、纠缠产生单元(1013)、纠缠补偿单元(10141)、纠缠补偿单元(10142)及分束器(1015)，其中 栗浦光源(1011)输出激光(Gl)至栗浦光聚焦单元(1012)得到聚焦激光(G2); 聚焦激光(G2)输入纠缠产生单元(1013)生成一对纠缠光子，分别为光子(Si)和光子(il); 光子(Si)输入纠缠补偿单元(10141)、光子(il)输入纠缠补偿单元(10142)以补偿两纠缠光子的横向偏移和纵向光程差，提高纠缠光子的纠缠性能； 补偿后的纠缠光子对即光子(s2)和光子(i2)输入分束器(1015)，使得纠缠光子互换，同时分束器(1015)在输入控制信号K2控制下输出纠缠光子对光子(s 3)和光子(i 3)。3.如权利要求2所述的卫星钟差测量装置，其特征在于:栗浦光源(1011)为半导体激光器，其输出功率为50mW，中心波长为405纳米，出射激光光束直径约l-2mm，偏振方向是水平偏振。4.如权利要求2所述的卫星钟差测量装置，其特征在于:栗浦光聚焦单元(1012)由光学透镜(10121)、半波片(10122)、光学反射镜(10123)顺次连接而成，其中 光学透镜(10121)完成光路对准； 半波片(10122)产生半波长的光程差； 反射镜(10123)将半波片(10122)产生的光反射输出。5.如权利要求4所述的卫星钟差测量装置，其特征在于:栗浦光聚焦单元(1012)输出的光束直径为300-500微米，半波片(10122)工作波长为405纳米，反射镜(10123)将405纳米波长的光反射输出。6.如权利要求2所述的卫星钟差测量装置，其特征在于:纠缠产生单元(1013)选自非线性晶体。7.如权利要求6所述的卫星钟差测量装置，其特征在于:纠缠产生单元(1013)为2mm厚度的偏硼酸钡晶体，切角为3°。8.如权利要求2所述的卫星钟差测量装置，其特征在于:纠缠补偿单元(10141)和纠缠补偿单元(10142)由半波片和厚度为Imm的非线性晶体构成。9.如权利要求1所述的卫星钟差测量装置，其特征在于:纠缠对探测与检测模块(102)包括延迟晶体(1022)、单光子探测器(10231)和单光子探测器(10232)、相关检测器(1024)，其中 地面端(30)反射的光子(i4)输入单光子探测器(10232); 卫星端(20)反射的光子(s4)输入延迟晶体(1022)，继而，延迟晶体(1022)输出延迟光子(s5)至单光子探测器(10231); 单光子探测器(10231)输出探测的光子数(Cl); 单光子探测器(10232)输出探测的光子数(C2); 光子数(Cl)与光子数(C2)输入相关检测器(1024)，相关检测器(1024)测量两路的符合光子数，相关检测器(1024)输出控制信号(Kl)至延迟晶体(1022);并且 延迟晶体(1022)输出延迟量(Dl)，延迟晶体(1022)在控制信号(K2)控制分束器(1015)情况下输出延迟量(D2)。10.如权利要求1所述的卫星钟差测量装置，其特征在于:卫星钟差预报计算与输出模块(103)包括微处理器单元(1031)、程序存储单元(1032)和显示单元(1033)，其中 微处理器单元(1031)调用程序存储单元(1032)中的算法对量子对探测与检测模块(102)输出的延迟量Dl和延迟量D2进行处理，输出卫星端(20)到地面端(30)的时钟差(Sd)数据； 程序存储单元(1032)存储经由微处理器单元(1031)处理过的时钟差(Sd)数据，微处理器单元(1031)可调用存储在程序存储单元(1032)中的时钟差(Sd)数据； 显示单元(1033)接收微处理器单元(1031)输出的时钟差(Sd)数据并显示。
【专利摘要】一种卫星钟差测量装置，属于的高精度卫星时钟钟差测量装置领域，利用量子纠缠技术提高卫星钟差测量精度，该测量装置包括量子纠缠脉冲对生成模块、纠缠对探测与检测模块以及卫星钟差预报计算与输出模块，其中量子纠缠脉冲对生成模块输出具有纠缠特性的光子对，纠缠对探测与检测模块对光子对通过不同路径的光程差进行测量处理并且输出延迟差至卫星钟差预报计算与输出模块进行算法处理，最后显示卫星与地面的时钟差。该测量装置利用了量子力学中的纠缠特性，具有纠缠特性的光子对具有高度的关联性，该测量装置24小时预报精度比通常的钟差测量装置的提高10倍，达到飞秒级。
【IPC分类】G04R20/02
【公开号】CN105717785
【申请号】CN201610269637
【发明人】杨春燕, 赵军, 王永庆, 苗强, 代传金, 骆艳卜, 陈坤
【申请人】中国人民解放军空军工程大学
【公开日】2016年6月29日
【申请日】2016年4月27日