【专利解密】思量量子高分辨多色分束系统及其光子滤波方案

【嘉勤点评】思量量子发明的高分辨多色分束系统及其光子滤波方案，该方案中的多色分束器具有高分辨率、高消光比等优点，能够较好地适应光谱分析技术的发展和市场需求。

在材料成分精细分析、生物弱光探测、光与物质的非经典干涉等领域，常常需要将极弱的信号光从背景噪音光子中提取出来，并按照频率不同进行分离。

然而，许多噪音光子的频率和有用的信号光子的频率非常相近，而且不同类信号光子之间的频率往往也非常相近，比如其频率差值只有几个GHz，甚至只有几百MHz。目前，商用的光谱分析仪器还不能兼顾高分辨率和高消光比，因为高分辨率往往也就意味着较低的消光比和较低的信噪比。

如今，人们对光子频率分束器的要求越来越高，在某些场合下（比如光与物质非经典干涉实验）不仅需要较高的光谱分辨率，还需要消光比高于几百万比一，但是一直以来由于种种技术困难还没有多色分束器可以兼顾高光谱分辨率和高消光比。

为此，思量量子在2020年11月25日申请了一项名为“高分辨多色分束系统及其光子滤波方法”的发明专利（申请号：202011335618.5），申请人为上海思量量子科技有限公司。

根据该专利目前公开的相关资料，让我们一起来看看这项技术方案吧。

如上图，为机箱的立体结构示意图，该机箱主要包括有：光学面板401、防护外壳402和减震底座403。这种滤波系统的光路搭建在光学面板上，防护外壳用于保护光路不受碰撞，同时可以提高整个系统的温度稳定性。减震底座可以有效隔离50Hz以上的震动，用来保证光路的稳定性。

如上图，为这种高分辨多色分束系统的结构原理图，这种高分辨多色分束系统包括若干f分束组件单元，总共设有四组，分别为：f1分束组件、f2分束组件、f3分束组件和f4分束组件。这四个分束组件之间相互平行设置，f4分束组件提供噪音出口。每一个f分束组件单元包括：光隔离器100、辅助光路器件200、滤波腔300和温度控制模块。

该结构在安装时，会先将辅助光路器件置于滤波腔和光隔离器之间，接着依次安装光隔离器、辅助光路器件、滤波腔、辅助光路器件、光隔离器、辅助光路器件、滤波腔以及辅助光路器件。

其中，该专利中设计的滤波腔属于法布里玻罗腔的一种，外形像是一块平凸玻璃透镜，前后表面镀有高反射率的增反膜。相对于前后表面平行的法布里玻罗腔，这种平凸式的滤波腔不仅具有频率滤波功能，还具有空间模式滤波功能。

另外，相对于由两面独立反射镜构成的滤波腔，这种一体式的块状腔不需要额外的光束和锁相器进行相位锁定以锁定两面反射镜的空间距离，因此使得光路调试难度大大降低。且这种滤波腔的腔长（不同腔长对应不同透过频率）由温度控制模块即可进行调节和锁定。

通过级联多个这样的平凸式滤波腔，不仅可以实现多种频率光子之间的分离以及与噪音光子的分离，还可以实现几十万比一甚至几千万比一的消光比（该数值与级联的滤波腔数量有关）。

最后，我们来看看这种光子频率滤波方法的流程原理框图，首先是对机箱的整体进行设计、制作和安装，并制作好滤波腔，以及对各个滤波腔温度模块的PID参数进行优化。其次，在机箱内部搭建滤波腔和辅助光路，依次安装光隔离器、辅助光路器件、滤波腔、辅助光路器件、光隔离器、辅助光路器件、滤波腔和辅助光路器件形成f分束组件单元。

通过对每个频率通道的透过率和消光比进行优化，并精细校正每个滤波腔的温度，从而可以将信号光收集到多色分束系统的输入光纤，并从输出光纤得到纯净的信号光。

以上就是思量量子发明的高分辨多色分束系统及其光子滤波方案，该方案中的多色分束器具有高分辨率、高消光比等优点，能够较好地适应光谱分析技术的发展和市场需求。

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