基于量子鬼像及单模光纤的图像传送系统的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明属于量子信息领域，更具体涉及一种基于量子鬼像及单模光纤的图像传送系统。
【背景技术】
[0002]量子信息科学技术利用量子力学的基本原理，能够实现传统信息技术难以实现的功能。量子鬼像利用光子间的量子关联性实现对物体的成像，是量子信息领域中一种具有丰富物理原理和应用潜力的技术。
[0003]在量子鬼像中，首先利用量子光源产生具有空间纠缠或者关联特性的两个光子。其中一个光子照射物体，并被单点探测器探测。另一个光子送到一个与物体分开的具有一定空间分辨能力的单光子探测器阵列。由于两个光子之间的空间量子纠缠/关联特性，照射物体的光子到达物体的位置和另一个光子到达探测器的位置是关联在一起的，因而通过符合计数测量，能够在单点探测器和具有空间分辨能力的单光子探测器阵列的符合探测结果中恢复出物体的像。量子鬼像的新奇之处在于，记录照射物体光子的探测器是单点探测器不具有空间分辨性，而被具有一定空间分辨能力的单光子探测器阵列探测的光子并没有照射物体，却能在不照射摄物体侧，利用两者的符合计数测量得到物体的像。如果将特定图像作为代成像的物体，量子鬼像的原理即可用于图像的传送。
[0004]当前，光纤通信网络已经被广泛的铺设和利用，借助于光纤通信网络的光通信技术也已经发展地非常成熟。然而，尽管量子鬼像的原理具有用于量子图像传送的潜力，由于传统的量子鬼像方案所依赖的空间动量/位置的纠缠不能在单模光纤中保持，这种量子鬼像原理无法借助于已经广泛铺设的单模光纤线路长距离的实现，这限制了量子鬼像原理在长距离图像传送技术上的应用。
【发明内容】
[0005](一 )要解决的技术问题
[0006]本发明要解决的技术问题是如何实现基于量子鬼像原理的长距离图像的传送。
[0007]( 二)技术方案
[0008]为了解决上述技术问题，本发明提供了基于量子鬼像及单模光纤的图像传送系统，其特征在于，所述系统包括:
[0009]量子光源，用于产生频率关联的第一光子和第二光子；
[0010]图像发送模块，通过单模光纤与所述量子光源连接，接收所述量子光源发射的所述第一光子；所述图像发送模块包括第一空间色散元件和第一单光子探测器，所述第一光子经过所述第一空间色散元件处理，按照频率的不同发射到不同的方向，对物体进行照射；所述第一单光子探测器探测由物体反射或透射的所述第一光子，得到第一探测时间；
[0011]图像接收处理模块，通过单模光纤与所述量子光源连接，通过通信信道与所述图像发送模块连接，接收所述量子光源发射的所述第二光子以及所述图像发送模块发送的所述第一探测时间；所述图像接收处理模块包括第二空间色散元件、单光子探测器阵列以及处理器；所述第二光子经过所述第二空间色散元件处理，按照频率的不同发射到不同的方向，并由所述单光子探测器阵列中对应位置处的一个单光子探测器探测，得到第二探测时间；所述处理器根据符合测量得到的多个所述第一探测时间、多个第二探测时间以及测量所述多个第二探测时间的所述单光子探测器单光子探测器阵列中对应的多个单光子探测器的位置信息，经过符合计算得到物体的像。
[0012]优选地，所述图像发送模块还包括光环形器、光纤准直器以及聚焦透镜；
[0013]所述第一光子经过所述光环形器射入所述光纤准直器，准直处理后射入所述第一空间色散元件，由所述第一空间色散元件射出的第一光子经过所述聚焦透镜后照射到物体上；由物体反射的所述第一光子依次经过所述聚焦透镜、第一空间色散元件、光纤准直器以及光环行器，并由所述光环行器射入所述第一单光子探测器。
[0014]优选地，所述图像发送模块还包括光纤准直器、聚焦透镜以及光纤收集装置；
[0015]所述第一光子射入所述光纤准直器，准直处理后射入所述第一空间色散元件，由所述第一空间色散元件射出的第一光子经过所述聚焦透镜后照射到物体上；物体透射的所述第一光子由所述光纤收集装置收集后射入所述第一单光子探测器。
[0016]优选地，所述图像接收处理模块还包括光纤准直器，所述第二光子经过所述光纤准直器准直处理后，射入所述第二空间色散模块。
[0017]优选地，所述量子光源包括泵浦光源以及被所述泵浦光源激励并产生所述第一光子和第二光子的非线性光学元件。
[0018]优选地，所述非线性光学元件为产生二阶参量下转换效应的晶体或产生三阶自发四波混频效应的非线性光波导。
[0019]优选地，所述产生二阶参量下转换效应的晶体为各种非中心对称晶格结构的非线性光学晶体，周期极化铌酸锂晶体，周期极化铌酸锂波导，砷化镓和磷化铟等具有非中心对称晶格结构的半导体材料。
[0020]所述产生三阶自发四波混频效应的非线性光波导为石英光纤、硫化物玻璃光纤、硅波导或氮化镓波导；
[0021]所述泵浦光源为脉冲泵浦光源或连续泵浦光源。
[0022]优选地，所述第二空间色散元件为衍射光栅、闪耀光栅、棱镜或空间光调制器；
[0023]所述第一单光子探测器为基于雪崩二极管的单光子探测器或基于超导纳米线的单光子探测器；
[0024]所述单光子探测器阵列为硅单光子探测器阵列、铟磷/铟镓砷磷单光子探测器阵列、电子倍增电荷耦合器或超导纳米线单光子探测器阵列。
[0025]优选地，所述图像接收处理模块用图像接收延时处理模块替换；
[0026]所述图像接收延时处理模块通过单模光纤与所述量子光源连接，通过通信信道与所述图像发送模块连接，接收所述量子光源发射的所述第二光子以及所述图像发送模块发送的所述第一探测时间；所述图像接收延时处理模块包括时间色散元件、第二单光子探测器以及处理器；所述第二光子经过所述时间色散元件处理，按照频率的不同进行不同时间的延时后射入所述第二单光子探测器，并由所述第二单光子探测器探测得到所述第二探测时间；对于每一个所述第一探测时间，所述处理器确定与其对应的第二探测时间；所述处理器根据多个所述第一探测时间和对应的多个所述第二探测时间确定由所述时间色散元件产生的多个延时信息，利用所述多个延时信息，过符合计算得到物体的像。
[0027]优选地，所述单光子探测器为基于雪崩二极管的单光子探测器或基于超导纳米线的单光子探测器；
[0028]所述时间色散元件为具有群速色散的单模光纤、长周期光栅或衍射光栅对。
[0029](三)有益效果
[0030]本发明提供了一种基于量子鬼像及单模光纤的图像传送系统，本发明利用光纤信道对光子频率扰动小的特点，在光纤信道中对频率关联的双光子进行长距离分发，并通过关联自由度转换实现利用光纤信道的图像长距离传送。解决了传统基于光子空间动量或空间位置纠缠/关联光子的量子鬼像难以在只支持单个空间模式的单模光纤中传输，因而无法利用单模光纤信道实现长距离图像传送的问题