技术摘要：
本发明涉及一种光学标准具的自动优化滤波系统及方法。所述系统包括：光学标准具、温度控制系统、光功率取样装置和反馈控制装置；光功率取样装置用于采集光学标准具的输入功率值和输出功率值；光功率取样装置的输出端与反馈控制装置的输入端连接，反馈控制装置的输出端  全部
背景技术：
在量子光学实验中，经常要对噪声信号进行过滤。最常用的滤波方法是干涉滤波 片，但是商用干涉滤波片的带宽很宽，一般在1nm以上。在很多量子光学实验中需要窄带的 滤波系统。比如在制备纠缠光子对和光学“薛定谔”猫态的过程中，需要将参量振荡器输出 的多纵模下转换光场通过窄带滤波实现单纵模输出，参量振荡器的自由光谱区在GHz量级， 滤波系统的线宽要求在百MHz量级。在光与原子相互作用的实验中，也需要窄带滤波系统， 将相邻跃迁能级产生的噪声滤掉。 窄带滤波系统一般用光学腔或光学标准具来实施。若使用光学腔滤波，需将光学 腔锁定到待滤光场的频率上。同时为了保证光学腔的透过率，还需要对待滤光场和滤波腔 的模式进行匹配。相比较光学腔，光学标准具的光路调节较为简单，待滤光场不需要模匹 配，只要入射光是准匀直光束就可保持高的透过率，光学标准具与待滤光场的共振通过调 节其温度来实现。光学标准具配置有一套控温系统，光学标准具的温度由控温仪的设定温 度决定。调节控温仪的设定温度，对光学标准具的透过率进行优化，当透过率达到峰值，即 说明光学标准具与待滤光场实现共振。目前光学标准具透过率的优化还处于手动调节，具 体方法为：首先将功率计放置在光学标准具输入端口测得输入光场的功率；然后将功率计 放置在光学标准具的输出端测量透过功率；手动改变控温仪的设定温度，待光学标准具热 平衡后，观察透过功率值；经过重复多次改变设定温度，使光学标准具的透过功率达到最佳 值，假定入射功率不变，我们即认为光学标准具的透过率达到最佳值。 现有光学标准具滤波系统的缺点主要有以下几点：1.通过手动改变控温仪的设定 温度来调节光学标准具的透过率，需要反复多次调节温度将透过率优化到最高，工作量很 大，消耗时间长。2.手动优化光学标准具透过率用时较长，如果在这期间光学标准具的输入 光的频率或功率发生了变化，导致透过功率也随之改变。操作者误以为这种改变是由光学 标准具的温度改变引起的，造成温度优化方向的错误判断，使其偏离共振温度点。3.由于光 学标准具控温炉的热沉较大，环境温度的变化会影响光学标准具的实际温度，使透过率降 低，不能长时间保持在峰值处。4.在很多实验系统中，单一个光学标准具不能达到滤波要 求，需要多个光学标准具级联来搭建滤波系统。在这种情况下，需要从前到后对每个光学标 准具的透过率进行逐一优化，不能同时调节，消耗时间非常长，且要求待滤光场的频率和功 率有好的稳定性。综上，目前已有的光学标准具滤波系统透过率优化过程繁琐、费工、耗时， 透过率受环境影响明显、工作状态不够稳定，光学标准具滤波系统不能实现透过率的自动 优化和长时间保持。
技术实现要素：
本发明的目的是提供一种光学标准具的自动优化滤波系统及方法，实现滤波系统 4 CN 111596395 A 说　明　书 2/8 页 的透过率的自动优化和长时间保持。 为实现上述目的，本发明提供了如下方案： 一种光学标准具的自动优化滤波系统，包括：光学标准具、温度控制系统、光功率 取样装置和反馈控制装置； 所述温度控制系统包括控温炉与控温仪；所述控温仪用于将所述控温炉控制为设 定温度； 所述光学标准具放置在所述控温炉中，待滤波光束依次穿过所述控温炉的第一侧 壁、所述光学标准具以及所述控温炉的第二侧壁进行滤波； 所述光功率取样装置的第一输入端设置在所述控温炉的第一侧壁处的光路上，所 述光功率取样装置的第二输入端设置在所述控温炉的第二侧壁处光路上；所述光功率取样 装置用于采集光学标准具的输入功率值和输出功率值； 所述光功率取样装置的输出端与所述反馈控制装置的输入端连接，所述反馈控制 装置的输出端与所述控温仪的温度配置端连接；所述反馈控制装置根据所述光学标准具的 输入功率值和光学标准具的输出功率值确定所述光学标准具的当前透过率；根据所述当前 透过率及透过率随温度的变化状态确定出控制电压，并将所述控制电压发送至所述控温 仪，所述控温仪将所述控制电压转化成所述设定温度，并将控温炉的温度控制为所述设定 温度。 可选的，所述光功率取样装置包括第一取样单元和第二取样单元； 所述第一取样单元和所述第二取样单元的结构相同；所述第一取样单元设置在所 述控温炉的第一侧壁处的光路上，所述第二取样单元设置在所述控温炉的第二侧壁的光路 上。 可选的，所述第一取样单元和所述第二取样单元均包括半波片、偏振分束棱镜和 光电探测器； 所述半波片和所述偏振分束棱镜组成分束器，将所述待滤波光束的设定部分导入 所述光电探测器； 所述光电探测器将光功率值转化为电压值发送至所述反馈控制装置； 所述第一取样单元和所述第二取样单元中所述分束器的分束比相同。 可选的，所述光电探测器包括光电池和可调电阻；所述光电池和所述可调电阻串 联； 调节所述可调电阻的阻值使得所述第一取样单元和所述第二取样单元中所述光 电探测器的响应曲线相同。 可选的，所述反馈控制装置包括第一模数转换器、第二模数转换器、单片机和数模 转换器； 所述第一模数转换器与所述第一取样单元连接；所述第二模数转换器与所述第二 取样单元连接； 所述第一模数转换器和所述第二模数转换器均与所述单片机连接； 所述单片机与所述数模转换器连接，所述数模转换器与所述控温仪连接。 一种光学标准具的自动优化滤波方法，应用于所述的光学标准具的自动优化滤波 系统，所述方法包括： 5 CN 111596395 A 说　明　书 3/8 页 获取光功率取样装置的第一取样单元输出的第一电压值和光功率取样装置的第 二取样单元输出的第二电压值；根据所述第一电压值和所述第二电压值确定光学标准具的 当前透过率； 确定光学标准具的透过率随温度的变化状态范围；所述变化状态范围包括“极值 点范围”、“负斜率范围”和“正斜率范围”； 根据所述当前透过率与所述光学标准具的透过率随温度的变化状态范围确定输 出控制电压； 所述反馈控制装置将所述控制电压发送至控温仪； 所述控温仪将所述输出控制电压转换成设定温度，并将控温炉的温度控制为所述 设定温度； 控温炉热平衡后，获取光学标准具的透过率； 判断所述透过率是否处在最大值允许的波动范围内；所述最大值允许的波动范围 为“极值点范围”； 若所述透过率在最大值允许的波动范围内，则反馈控制装置输出控制电压保持不 变； 若所述透过率在最大值允许的波动范围外，则返回根据所述透过率与所述光学标 准具的透过率随温度的变化状态范围确定输出控制电压步骤；直至将透过率优化到最大值 允许的波动范围内。 可选的，所述根据所述当前透过率与所述光学标准具的透过率随温度的变化状态 范围确定输出控制电压，具体包括： 若所述光学标准具的当前透过率处在“极值点范围”，则反馈控制装置输出控制电 压保持不变； 若所述光学标准具的当前透过率处在“正斜率范围”，则所述反馈控制装置增加输 出控制电压； 若所述光学标准具的当前透过率处在“负斜率范围”，则所述反馈控制装置减小输 出控制电压； 所述输出控制电压增加或减小的幅度取决于所述光学标准具的当前透过率。 可选的，所述直至将透过率优化到最大值允许的波动范围内，之后还包括： 设定时间间隔获取所述光学标准具的实时透过率； 判断所述实时透过率是否处于最大值允许的波动范围内； 若所述实时透过率处于所述最大值允许的波动范围内，则所述反馈控制装置保持 控制电压不变； 若所述实时透过率不处于所述最大值允许的波动范围内，则返回确定光学标准具 的透过率随温度的变化状态范围的步骤；直到所述透过率处在所述最大值允许的波动范围 内。 根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果： 本发明所提供的一种光学标准具的自动优化滤波系统及方法，通过光功率取样装 置、反馈控制装置、控温仪和控温炉对光学标准具的温度进行自动调节，经过多次反馈，实 现光学标准具透过率的最大化，通过巡检将光学标准具透过率一直保持在峰值，实现滤波 6 CN 111596395 A 说　明　书 4/8 页 系统的透过率的自动优化和长时间保持。本发明在优化透过率的过程中，不仅省时、省力， 而且有效避免了环境温度波动对光学标准具透过率的影响。同时，反馈控制装置的输出取 决于光学标准具的透过率，而不是透过功率，可以有效避免输入功率改变对设定温度的影 响。 附图说明 为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所 需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施 例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图 获得其他的附图。 图1为本发明所提供的一种光学标准具的自动优化滤波系统结构示意图； 图2为光学标准具的透过率随温度的变化曲线图； 图3为光学标准具的透过率及其导数随控制电压的变化曲线图； 图4为连续监测三小时的透过率的实测结果图。 图5为光学标准具的自动优化滤波方法流程示意图。