一种卫星钟差测量装置的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种卫星钟差测量装置，特别涉及一种利用量子纠缠技术实现的卫星时钟钟差测量装置。
【背景技术】
[0002]目前，高精度时钟测量装置通常都选用卫星导航接收机OEM部件作为卫星信号接收器，以卫星导航单元的输出时间作为基准，其测量精度通常可以达到50ns左右，但是，由于卫星导航单元本身存在时钟偏差，为减小卫星钟差，GPS通过缩减卫星钟参考时刻间距、提高广播星历更新频率来提高广播的卫星钟差精度，这种利用卫星导航单元的时钟同步测量信息设计的时钟测量装置，其同步精度都在纳秒级，通常为1ns左右，因此无法满足高精度定时的用户需求。采用具有纠缠与压缩特性的量子脉冲进行时钟测量可以突破经典物理的限制，达到很高的测量精度。纠缠光子对的二阶相关函数在时间上的可区分度可达到飞秒量级。利用纠缠量子提高卫星钟差测量精度这样的装置在国内外尚未被披露。
【发明内容】
[0003]本发明利用量子纠缠脉冲实现一种卫星钟差测量装置，可实现高精度测量，该测量装置由三部分组成，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，并且将延迟差输出至卫星钟差预报计算与输出模块，卫星钟差预报计算与输出模块对其进行处理，并显示卫星与地面的时钟差。
[0004]本发明的卫星钟差测量装置，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:
[0005]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;
[0006]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；
[0007]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。
[0008]在本发明的一个实施例中，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
[0009 ] 栗浦光源1011输出激光GI至栗浦光聚焦单元1012得到聚焦激光G2 ；
[0010]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;
[0011]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；
[0012]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s3和光子i3。
[0013]在本发明的一个实施例中，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I_2mm，偏振方向是水平偏振。
[0014]在本发明的一个实施例中，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
[0015]光学透镜10121完成光路对准；
[0016]半波片10122产生半波长的光程差；
[0017]反射镜10123将半波片10122产生的光反射输出。
[0018]在本发明的一个实施例中，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。
[0019]在本发明的一个实施例中，纠缠产生单元1013选自非线性晶体。
[0020]在本发明的一个具体实施例中，纠缠产生单元1013为2mm厚度的偏硼酸钡晶体，切角为3°。
[°021 ]在本发明的一个具体实施例中，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。
[0022]在本发明的一个实施例中，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
[0023]地面端30反射的光子i4输入单光子探测器10232;
[0024]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;
[0025]单光子探测器10231输出探测的光子数Cl;
[0026]单光子探测器10232输出探测的光子数C2;
[0027]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
[0028]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。
[0029]在本发明的一个实施例中，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
[0030]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；
[0031]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；
[0032]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。
[0033]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存在高度的关联性，其测量精度可以小于I纳秒。
【附图说明】
[0034]图1是本发明卫星钟差测量装置的组成框图；
[0035]图2是量子纠缠脉冲对生成模块101组成框图；
[0036]图3是栗浦光聚焦单元1012组成框图；
[0037]图4是纠缠对探测与检测模块102组成框图；
[0038]图5是卫星钟差预报计算与输出模块103组成框图。
[0039]附图标记说明:
[0040]卫星钟差测量装置10，量子纠缠脉冲对生成模块101，纠缠对探测与检测模块102，卫星钟差预报计算与输出模块103，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，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，控制信号K2，卫星端20，地面端30，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，光子i4，光子s4，控制信号Kl，延迟量Dl，延迟量D2，微处理器单元1031，程序存储单元1032，显示单元1033，钟差数值Sd，光学透镜10121，半波片10122，反射镜10123。
【具体实施方式】
[0041]为了使本发明的目的、技术方案以及优点更加清楚明白，以下结合附图和实施例，对本发明进行进一步详细说明。
[0042]如图1所示，本发明的卫星钟差测量装置主要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和卫星钟差预报计算与输出模块103。其中量子纠缠脉冲对生成模块101在输入控制信号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;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接收反射光子s4与反射光子i4，经过计算，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DI和延迟量D2并输出，其中延迟量DI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。
[0043]如图2所示，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。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，然后将光子Si输入到纠缠补偿单元10141，光子il输入到纠缠补偿单元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被输入至分束器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，即光子s3和光子i3。如图2所示，栗浦光源1011为激光器，例如半导体激光器，其输出功率约50mW，中心波长为405纳米，出射激光光束直径约I_