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龙图腾网获悉中国计量大学申请的专利基于量子增强的空芯光子晶体光纤气体传感器获国家发明授权专利权，本发明授权专利权由国家知识产权局授予，授权公告号为：CN111693476B 。

龙图腾网通过国家知识产权局官网在2026-04-28发布的发明授权授权公告中获悉：该发明授权的专利申请号/专利号为：202010748073.4，技术领域涉及：G01N21/31；该发明授权基于量子增强的空芯光子晶体光纤气体传感器是由赵春柳;樊琼;王海龙;石岩;陈君;徐睿;赵天琦;金尚忠设计研发完成，并于2020-07-30向国家知识产权局提交的专利申请。

本基于量子增强的空芯光子晶体光纤气体传感器在说明书摘要公布了：本发明公开了基于量子增强的空芯光子晶体光纤气体传感器，其特征包括激光器、粗波分复用器、掺铒光纤放大器、滤波器、偏振控制器、偏振分束器、耦合器、色散位移光纤、光纤延时线、光纤隔离器、单模光纤、空芯光子晶体光纤、平衡探测器、频谱分析仪；本发明使用经四波混频后产生的量子纠缠双光束，其具有高度量子相关性，每个模式的强度差量子噪声都降低，探测光与参考光量子相关噪声相减，产生低于散粒噪声极限的噪声基底，使被湮没在量子噪声下的信号可以被探测到，由此实现突破量子噪声极限的超高灵敏度测量。本发明基于量子增强的空芯光子晶体光纤气体传感器具有极高灵敏度，稳定性好，实用性高等优点。

本发明授权基于量子增强的空芯光子晶体光纤气体传感器在权利要求书中公布了：1.基于量子增强的空芯光子晶体光纤气体传感方法，其特征在于包括如下步骤： 步骤1光纤量子纠缠源的产生：由光纤飞秒激光器所发出激光经粗波分复用器分成泵浦光和信号光，两光束通过耦合器耦合到色散位移光纤中经四波混频效应，产生信号光和闲频光，两个频率为的光子湮灭，同时产生两个频率为和的新光子，满足以下方程式： 1 其中为信号光的频率，为闲频光的频率，为泵浦波的频率，要使此过程进行，相位匹配条件要求满足： 2 在四波混频过程中，信号光和闲频光满足能量守恒，单空间模式情形的哈密顿量是: 3 其中ki表示场的空间模式，是非线性系数，是信号场振幅，是闲频场振幅，是泵浦场振幅，是约化普朗克常量，运动方程可描述为；，由上述等式可解出时变算子： 4 5 其中,,由于泵浦光与信号光和闲频光相比具有较大的量级，所以是一个常数，这样，相同空间模式中的信号光和闲频光具有量子相关强度，这些量子相关性表现为在测量光束之间的强度差时，具有较低的噪声基底，在没有损失的情况下归一化为散粒噪声极限: 6 其中，是光子数差算符； 在每个相干区域由单个空间模式描述的限制中，哈密顿量由多个并发非线性组成： 7 方程7导致时域和空间域中多种模式的量子噪声降低，相干区域实际上是独立的，如果远场中的相干性倾向于零，则将其视为方程7中的空间模式，即，如果包含在光束内的相干区域在检测平面中不相互干扰，则有效地满足该条件，如果每对都被隔离并且测量强度差，则量子噪声降低将接近方程6； 经过四波混频后产生的信号光和闲频光两者是共轭的，具有高度量子相关性，其强度差量子噪声大大降低，获得了所需的光纤量子纠缠源，其中信号光作为参考光，闲频光作为探测光； 步骤2气体的传感：光经四波混频后产生的参考光经光纤延时线进入到平衡探测器的一个端口，而信号光则经过光纤隔离器后进入到侧边打孔的空芯光子晶体光纤中，最后输入到平衡探测器的另一个端口； 由于环境中存在某种浓度的待测气体，扩散进入到空芯光子晶体光纤中的气体会吸收与之吸收光谱相对应波长的信号光，使信号光的强度发生变化，其原理如下： 分子光谱吸收理论是气体检测技术的基础，由量子理论可知，分子的能级结构是离散的而不是连续的，这就决定了分子的吸收光谱是离散谱而非连续谱，特定的分子结构只能吸收特定波长的光，根据量子理论，光的能量是一份一份的，可表示为： 8 其中Ｅ表示一个光子的能量，ｈ为普朗克常数，ｖ为光子频率，ｃ为光速，为光波长，我们可以看出，一个光子的能量的高低与它的波长有关，当某波长光的光子能量恰好等于某分子能级间的能量差时，该分子的电子就会吸收该波长的光能量，从低能级跃迁到高能级，表现为对固定波长光的吸收特异性，即气体分子会吸收与之能级结构相对应的特定波长处的光； 信号光经过待测气体，由于待测气体对光存在吸收作用，会使得光能量有不同程度的衰减，信号光被待测气体吸收前后的光强满足朗伯比尔定律，朗伯比尔定律可以从麦克斯韦方程组以及电子随入射光波电场作用下的阻尼振动方程得到： 9 上式说明了一束平行光通过气体时出射光强I与入射光强和气体的体积分数之间的关系，其中为气体吸收系数，即气体在一定频率处的吸收线型；L为吸收路径长度，也就是空芯光子晶体光纤中光束通过的长度；C为气体浓度，空芯光子晶体光纤采用激光器侧边打孔，待测气体通过侧边的空气孔扩散到空芯光子晶体光纤中，当信号光通过空芯光子晶体光纤时，由于朗伯吸收，气体会吸收与信号光相对应波长的光，从而导致出射的探测光的光强发生变化，探测光与参考光同时被平衡探测器接收，进行差分检测，由于差分信号强度与气体浓度成正比，因此可以测量环境中气体的浓度； 由于所述量子纠缠源具有高度量子相关性，每个模式都表现出量子噪声降低，产生低于散粒噪声极限的噪声基底，使原来被湮没在量子噪声下的信号可以被探测到，由此实现突破量子噪声极限的超高灵敏度测量。

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