CN106940474B - 一种线性超聚束赝热光源装置 - Google Patents

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Abstract

一种线性超聚束赝热光源，包括赝热光源以及与赝热光源相连的若干组用于收集光的光组件，光组件连接有光纤分束器，光纤分束器经若干单光子探测器与光子符合计数系统相连。本发明与目前利用光和物质的非线性作用产生光子超聚束效应相比，只利用经典光(赝热光源)和线性光学系统，观测到了光子超聚束效应。而且随着光路中光阑、汇聚透镜、毛玻璃个数的增加，g(n)(0)也会增加；当光路中放置N组光阑、会聚透镜、毛玻璃时，g(n)(0)＝(n！)N＞n！，即可以观测到更加明显的光子超聚束效应。与传统非线性系统相比，该装置具有光子产生效率高、实验设备简单等优点。

Description

一种线性超聚束赝热光源装置
技术领域
本发明属于量子光学和量子信息领域，涉及一种线性超聚束赝热光源装置。
背景技术
现有的光子超聚束效应一般利用光与物质的非线性作用产生。秉承这一思想人们已经设计出许多光子超聚束效应产生系统。
利用三能级单原子的级联效应设计的非线性光子超聚束效应产生系统：该系统中只有一个光子，利用光与三能级单原子相互作用产生朝各个方向随机发射的光子对，因为该系统无法控制光子对的运动方向，所以产生的光子数目很少，系统效率低。
另外一种能够产生非线性光子超聚束效应的光学腔，包含多个二能级原子，也可以产生光子并观测到光子超聚束效应，因为光学腔腔壁对光子运动方向的约束，与第一种非线性光子超聚束效应产生系统相比，光子产生效率略有提升。
目前光子产生效率最高的方法是利用短波长激光泵浦非线性晶体，通过自发参量下转换产生光子超聚束效应，这种目前广为实验室使用的方法的光子产生效率也只有10-12左右。而且如果激光入射非线性晶体的角度稍有偏差，就无法产生纠缠光子对，从而观测不到光子超聚束效应，所以这种方法也具有不易操作、实现难度高的缺点。
上述三种利用光与物质的非线性作用产生光子超聚束效应的非线性系统的光子产生效率都非常低、装置复杂，不易实现。
发明内容
本发明的目的是为了解决现有产生光子超聚束效应装置的光子产生效率低、装置复杂的缺点，提出一种利用经典光和线性光学系统实现的光子超聚束效应和产生光子超聚束效应的线性光学系统——超聚束赝热光源装置。
本发明的目的是通过下述技术方案实现的。
一种线性超聚束赝热光源装置，包括赝热光源以及与赝热光源相连的若干组用于收集光的光组件，光组件连接有光纤分束器，光纤分束器经若干单光子探测器与光子符合计数系统相连。
本发明进一步的改进在于，赝热光源包括激光器、会聚透镜以及毛玻璃，激光器发出的单模连续激光通过会聚透镜入射到旋转的毛玻璃上。
本发明进一步的改进在于，毛玻璃的转速为40转/秒。
本发明进一步的改进在于，光组件包括光阑、放置在光阑后方的会聚透镜以及毛玻璃，经光阑(4)的光透过会聚透镜入射到旋转的毛玻璃上。
本发明进一步的改进在于，光组件的毛玻璃的转速为12转/秒。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：(1)与目前利用光和物质的非线性作用产生光子超聚束效应相比，本发明只利用经典光(赝热光源)和线性光学系统，就能够观测到了光子超聚束效应，并且解决了非线性系统光子产生效率低(约10-12)的缺点，将光子产生效率提升至10-6～10-5；(2)本发明提出的超聚束赝热光源装置，利用了经典光源和线性光学系统，所以不像非线性系统那样受限于晶体性质和晶体周期性极化的复杂工艺，具有易于实现、实验装置简单等优点。(3)本发明仅利用线性光学系统可以观测到光子超聚束效应，而且随着光路中光组件个数的增加，二阶相干度g(2)(0)也会增加；当光路中放置N(N是正整数)组光阑、会聚透镜、毛玻璃时，二阶相干度g(n)(0)＝(n！)N＞n！，即可以观测到光子超聚束效应。现有技术中的二阶相干度小于3，而本发明的二阶相干度能够达到4，所以可以用于提高量子成像的信噪比，并应用于量子通信、量子计算和量子加密等领域。(4)本发明中赝热光源和光组件中的毛玻璃转速均可以调节，而且通过改变赝热光源和光组件中毛玻璃的转速，可以改变最终测量得到的二阶关联峰的相干时间。(5)本发明利用经典光和线性光学系统产生光子超聚束效应，通过增加光路中光阑、会聚透镜和毛玻璃的个数，提高超聚束赝热光源的二阶相干度，使光子的超聚束效应更加明显。
附图说明
图1为本发明的超聚束赝热光源装置示意图。
图2为利用包含两块毛玻璃的超聚束赝热光源装置观测双光子超聚束效应的光路图。
图3为利用包含N块毛玻璃的超聚束赝热光源装置观测n光子超聚束效应的光路图。
图4为图2光路图中两块毛玻璃分别以40Hz和12Hz的转速旋转时，光子符合计数系统测量得到的归一化的二阶关联函数。其中，纵坐标是归一化的二阶时间关联函数，横坐标是两个单光子探测器探测到光子的时间差。
图5为图3光路图中N＝3，n＝2时，即有三块毛玻璃和两个单光子探测器，光子符合计数系统测量得到的归一化的二阶关联函数。其中，纵坐标是归一化的二阶时间关联函数，横坐标是两个单光子探测器探测到光子的时间差。
图中：1-激光器，2-会聚透镜，3-毛玻璃，4-光阑，5-光纤分束器，6-单光子探测器，7-光子符合计数系统。
具体实施方式
下面结合附图对本发明进一步说明，但不应以此限制本发明的保护范围。
参见图3，本发明包括赝热光源以及与赝热光源相连的若干组光组件，光组件包括光阑4、放置在光阑4后方的会聚透镜以及毛玻璃，经光阑4的光透过会聚透镜入射到旋转转速为12转/秒的毛玻璃上；光组件连接有光纤分束器5，光纤分束器经若干单光子探测器6与光子符合计数系统7相连。其中，赝热光源包括激光器1、会聚透镜2以及毛玻璃3，激光器1发出的单模连续激光通过会聚透镜2入射到旋转转速为40转/秒的毛玻璃3上。
参见图1和图2，当光组件为1组时，在实验室条件下，激光器1发出的单模连续激光通过会聚透镜2入射到旋转转速为40转/秒的毛玻璃3上，毛玻璃3散射后的光即为赝热光。为了得到超聚束赝热光源，在赝热光后再放置光阑4、会聚透镜和旋转速度为12转/秒的毛玻璃。收集第二块毛玻璃后的光子即可观测到光子超聚束效应。
本发明利用经典光和线性光学系统实现的光子超聚束效应，激光器发出的单模连续激光通过会聚透镜入射到旋转的毛玻璃上，毛玻璃散射后的光即为赝热光。为了得到超聚束赝热光源，在赝热光后再放置一组光阑、会聚透镜和毛玻璃。收集第二块毛玻璃后的光子即可观测到光子超聚束效应。光子的超聚束效应是通过光的二阶相干度体现的。Glauber利用归一化的二阶关联函数g(2)(τ)描述光的二阶相干性。当g(2)(0)＞g(2)(τ)时，称之为光子的聚束效应(τ是在光的相干时间内，用来探测光子的两个探测器探测到光子的时间差，τ≠0)。热光的二阶相干度g(2)(0)＝2。二阶相干度g(2)(0)＞2的具有聚束效应的光，就具有超聚束效应。
两个单光子探测器6用于探测第二块毛玻璃后散射的光子，光子符合计数系统7测量归一化的二阶时间关联函数g(2)(0)，通过二阶相干度的大小判断是否产生光子超聚束效应，判断是否产生光子超聚束效应的具体过程如下：
利用光子符合计数系统测量归一化的二阶关联函数，通过二阶相干度的大小判断是否产生光子超聚束效应的具体过程：
第二块毛玻璃后光强的概率密度函数
其中，K0(x)是第二类零阶贝塞尔函数。
利用PI(I)计算得到第二块毛玻璃后的光强q阶矩为
当q＝2时，有双光子超聚束效应。
当q＝3时，有三光子超聚束效应。
当q＝n(n是大于1的正整数)时，有n光子超聚束效应。
随着光阑、会聚透镜和毛玻璃个数的继续增加，第三块毛玻璃后光强的概率密度函数
得到第三块毛玻璃后的光强q阶矩为
当q＝2时，有双光子超聚束效应。
当q＝3时，有三光子超聚束效应。
当q＝n时，有n光子超聚束效应。
可以进一步计算得到，当光路中放置N组光阑、会聚透镜和毛玻璃，利用n个探测器探测第N(N是大于1的正整数)块毛玻璃后散射的光子时，得到归一化的n阶关联函数所以在第N块毛玻璃后可以观测到双光子(n＝2)超聚束效应、三光子(n＝3)超聚束效应，……，n光子超聚束效应。
图4是光子符合计数系统测量得到的归一化的二阶时间关联函数。其中，纵坐标是归一化的二阶时间关联函数，横坐标是两个单光子探测器探测到光子的时间差，图中三角形是实验测量数据，黑色实线是理论拟合结果。从图4可以看出：当两个光子时间差等于零时，二阶关联函数可以达到3.6；随着两个光子时间差增大，关联函数逐渐减小到1。根据超聚束效应的定义可以看出利用本发明的超聚束赝热光源装置能够产生光子超聚束效应。
在实验室条件下，当图3光路图中N＝3(N是正整数，N表示光组件的个数)，n＝2(n为探测器的个数)时，即有三块毛玻璃和两个单光子探测器，并重复上述实验。图5即是光子符合计数系统测量得到的归一化的二阶时间关联函数。其中，纵坐标是归一化的二阶时间关联函数，横坐标是两个单光子探测器探测到光子的时间差，三角形是实验测量数据，黑色实线是理论拟合结果。从图5可以看出：当两个光子时间差等于零时，二阶关联函数可以达到7.0；随着两个光子时间差增大，关联函数逐渐减小到1。根据超聚束效应的定义可以看出，增加本发明的超聚束赝热光源装置中的光组件(光阑、会聚透镜、毛玻璃)个数，可以观测到更加明显的光子超聚束效应。
本发明的基本思想是利用经典光(赝热光源)和线性光学系统产生光子超聚束效应，并利用赝热光源、多组光阑、汇聚透镜和毛玻璃组合成超聚束赝热光源装置。
本发明充分考虑了赝热光源和线性光学系统，实验装置简单、光子产生效率明显高于非线性系统的优势，提出了一种产生光子超聚束效应的线性光学系统——超聚束赝热光源装置。该装置具有光子产生效率高、实验设备简单等产生超聚束效应的传统非线性系统无法比拟的优点，可以用于提高量子成像的信噪比，并应用于量子通信、量子计算和量子加密。
本发明的基于线性光学系统、利用赝热光源实现超聚束赝热光源的特点：
(1)利用线性光学系统代替传统的非线性光学系统，产生超聚束效应。
(2)仅利用线性光学系统可以观测到光子超聚束效应，而且随着光路中光阑、汇聚透镜、毛玻璃个数的增加，g(2)(0)也会增加；当光路中放置N(N是正整数)组光组件(光阑、会聚透镜、毛玻璃)时，g(n)(0)＝(n！)N＞n！，即可以观测到更加明显的光子超聚束效应。
(3)产生光子超聚束效应的线性光学系统——超聚束赝热光源装置可实现较高的光子产生效率(10-6～10-5)，实验装置简单。

Claims (4)

1.一种线性超聚束赝热光源装置，其特征在于，包括赝热光源以及与赝热光源相连的若干组用于收集光的光组件，光组件连接有光纤分束器(5)，光纤分束器经若干单光子探测器(6)与光子符合计数系统(7)相连；
其中，光组件包括光阑(4)、放置在光阑(4)后方的会聚透镜以及毛玻璃，经光阑(4)的光透过会聚透镜入射到旋转的毛玻璃上。
2.根据权利要求1所述的一种线性超聚束赝热光源装置，其特征在于，赝热光源包括激光器(1)、会聚透镜(2)以及毛玻璃(3)，激光器(1)发出的单模连续激光通过会聚透镜(2)入射到旋转的毛玻璃(3)上。
3.根据权利要求2所述的一种线性超聚束赝热光源装置，其特征在于，赝热光源的毛玻璃(3)的转速为40转/秒。
4.根据权利要求1所述的一种线性超聚束赝热光源装置，其特征在于，光组件的毛玻璃的转速为12转/秒。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN108375417A (zh) * 2018-02-28 2018-08-07 深圳市纽创信安科技开发有限公司 一种单光子检测设备
CN111089648B (zh) * 2020-01-13 2020-11-13 中国科学院半导体研究所 光纤耦合单光子源的滤光和二阶关联度测试装置
ES2957221A1 (es) * 2022-06-01 2024-01-15 Univ Murcia Sistema óptico para la generación de luz altamente incoherente

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2001120555A (ja) * 1999-10-29 2001-05-08 Toyota Central Res & Dev Lab Inc 火傷判定装置
CN101013048A (zh) * 2007-01-30 2007-08-08 中国科学院上海光学精密机械研究所 高亮度脉冲式赝热光源
CN103256503A (zh) * 2013-04-19 2013-08-21 中国科学院上海光学精密机械研究所 寻址式高速赝热光源的制备方法
CN103674264A (zh) * 2013-12-17 2014-03-26 上海交通大学 一种基于周期衍射关联成像的图像融合装置及其方法

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2001120555A (ja) * 1999-10-29 2001-05-08 Toyota Central Res & Dev Lab Inc 火傷判定装置
CN101013048A (zh) * 2007-01-30 2007-08-08 中国科学院上海光学精密机械研究所 高亮度脉冲式赝热光源
CN103256503A (zh) * 2013-04-19 2013-08-21 中国科学院上海光学精密机械研究所 寻址式高速赝热光源的制备方法
CN103674264A (zh) * 2013-12-17 2014-03-26 上海交通大学 一种基于周期衍射关联成像的图像融合装置及其方法

Non-Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Spatial second-order interference of pseudothermal light in a Hong-Ou-Mandel interferometer;Jianbin Liu等;《OPTICS EXPRESS》;20130812;第21卷(第16期);第1-9页
Thermal-light-based ranging using second-order coherence;Jun Zhu,等;《APPLIED OPTICS》;20120709;第51卷(第20期);第4885-4890页
Two-photon super bunching of thermal light;Peilong Hong等;《Frontiers in Optics》;20121030;第2页右栏最后一段，附图2

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