第36卷，第5期 2016年5月
光谱学与光谱分析 Spectroscopy and Spectral Analysis
Vol.36,No.5,pp1300-1307
May,2016
多波段相关光子光谱分布与时间相关性测量实验研究
高冬阳1.2，李健军1，夏茂鹏1，郑小兵1.2*
1.中国科学院安徽光学精密机械研究所，通用光学定标与表征技术重点实验室，安徽合肥230031 2.中国科学技术大学，安徽合肥230031
摘要基于相关光子的定标技术能够实现“无标准传递”绝对定标，研究相关光子的光谱辐射特性及时间相关特性对遥感器在宽波段的辐射定标具有重要意义。为满足光电探测器在宽谱段量子效率定标需求，基于相关光子的定标技术有必要从单一波段向更多波段扩展。根据自发参量下转换所满足的相位匹配条件，推导出相关光子在晶体内的非共线角计算公式，通过数值模拟相关光子光谱辐射角度分布规律，优化晶体相位匹配角，使得自发参量下转换产生的相关光子具有宽光谱分布，并且相关光子辐射角度与光谱波长能够一一对应。根据光谱分布数值模拟结果，建立了多波段相关光子的光谱分布和时间相关性测量实验系统，利用该系统测量了四对相关光子的光谱分布、符合计数、相关时间以及偏振特性。其中，测量的光谱分布范围为633～808nm，最大光谱分布测量偏差为1.51mm，光谱分布实验测量结果与数值模拟结果符合一致测量了四对相关光子对的相关时间，最小相关时间为0.32ns，并在实验中观察到了“符合三峰"现象；相关光子单光子计数及符合计数与象浦光的偏振方间呈正弦函数关系，实验研究表明，相关光子对具有可见光 ~近红外宽波段分布、时间相关及偏振特性。论文研究结果在国内外尚属首次报道，该研究结果有望应用于光电探测器在多波段的辐射定标，
关键词相关光子；多波段；时间相关性；偏振特性
中图分类号：0433.1
引言
文献标识码：A
DOI: 10. 3964/j. issn. 10000593(2016)05-130008
韩国浦项科技大学利用351.1nm的激光器泵浦I类BBO晶体，产生非线性频率简并的相关光子对，在697.2～727.2 nm波段范围内观察到双光子联合光谱分布特征，首次证
传统定标方法在可见光至近红外波段的绝对精度一般在 7%～10%，受限于辐射基准量值传递的环节误差，进一步提高传统方法定标精度的潜力已非常有限。利用自参量下转换（spontaneous parametric down-conversion，SPDC)产生的相关光子作为绝对光谱辐射源，可实现不依赖于外部标准传递的光电探测器绝对量子效率定标1-汀。目前报道的最高测量不确定度优于0.18%1，通过与目前国际上公认的最高精度的低温绝对辐射计量值传递结果进行比较，证明了相关光子定标理论和实验技术的合理性和有效性。
20世纪六七十年代，Louisell从理论上预言自发参量下转换现象，相关光子对是同时出射的，其光谱具有可见～近红外波段分布[3-门，随后相关光子的宽波段光谱分布特性和时间相关特性相继在实验上被测量，目前国际上测量的最宽的相关光子光谱为200nm[5]，最小的相关时间为100fs6]。
收稿日期：2014-12-24，修订日期：2015-03-27
明了参量下转换过程存在宽波段的时间相关特性，由于聚焦透镜几何张角限制，实验仅观察到约30nm带宽的参量下转换光谱的时间相关特性。国内开展的参量下转换定标实验通常在一对分立波长点进行，如需实现多波段定标，还需通过调节晶体的相位匹配角来制备两对或多对相关光子对，中科院安徽光机所郑小兵课题组通过对BBO晶体的相位匹配角度调节，制备了633/789和702/702nm相关光子对，报道了 4.16%的定标精度和1.1s的相关时间2。国家计量科学研究院、中科院率导体所和中科院物理所等也采用类似的方法制备了相关光子对8-10。调节晶体的相位匹配角过程中，调节的精度是定标不确度来源之一，从减小定标不确定度来源和扩展遥感器定标波段范围出发，中国科学院安徽光学精密机械研究所李平付等模拟了产生多波段相关光子光谱的相位匹配条件，在无需调节晶体相位匹配角的条件下，制备和测
基金项目：国防技术基础项目（J2920130004，J312013A0001)和国家自然科学基金项目（11204318，61275173)资助
作者简介：高冬阳，1990年生，中国科学院安徽光学精密机械研究所博士研究生
e-mail: xbzheng@aiofm. ac. cn
≥通讯联系人
e-mail: dyanggao@163. com