CN108281876A - 一种n00n态制备装置 - Google Patents

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Abstract

一种N00N态制备装置，属于N00N态制备领域。解决了目前制备N00N态的装置结构复杂，且只能制备特定光子数的N00N态，可拓展性差的问题。本发明包括激光器、起偏器、第一50:50分光棱镜、倍频晶体、长波滤波片、下转换晶体、短波滤波片、第一反射镜、第二反射镜、衰减片、相移器以及第二50:50分光棱镜；相移器出射的相位及光强可调的相干态光束与经第一反射镜反射后，输出的压缩真空光束在第二50:50分光棱镜处干涉，获得N00N态的激光光束。本发明应用于量子信息学领域。

Description

一种N00N态制备装置
技术领域
本发明属于N00N态制备领域。
背景技术
N00N态是一种双模光子态，处于这种态的n个光子要么处于模式1，要么完全处于模式2。这种光子态的应用很多，最典型的是用于相位估计中实现海森堡极限的估计灵敏度。N00N态的n越大，包含的光子数越多，所能达到的相位估计灵敏度就越高。目前制备N00N态的装置大多结构复杂，可拓展性差，一套装置只能制备包含特定光子数的N00N态，在实际应用时有很多局限。
发明内容
本发明是为了解决目前制备N00N态的装置结构复杂，且只能制备特定光子数的N00N态，可拓展性差的问题，本发明提供了一种N00N态制备装置。
一种N00N态制备装置，它包括激光器、起偏器、第一50:50分光棱镜、倍频晶体、长波滤波片、下转换晶体、短波滤波片、第一反射镜、第二反射镜、衰减片、相移器以及第二50:50分光棱镜；
激光器产生的脉冲激光经起偏器起偏后变为线偏振光，然后入射至第一50:50分光棱镜后，分为两束；
其中，经第一50:50分光棱镜透射的一束线偏振光，依次透射过倍频晶体、长波滤波片、下转换晶体、短波滤波片后，获得压缩真空光束，该压缩真空光束入射至第一反射镜，经第一反射镜反射后，入射至第二50:50分光棱镜；
激光器输出的脉冲激光的波长为λ，且与经第一50:50分光棱镜透射的一束线偏振光的和压缩真空光束的波长相同；
经第一50:50分光棱镜反射的一束线偏振光，入射至第二反射镜，经第二反射镜反射后，依次通过衰减片及相移器后，获得相位及光强可调的相干态光束，该相干态光束入射至第二50:50分光棱镜；
压缩真空光束和相干态光束在第二50:50分光棱镜处干涉，获得N00N态的激光光束；
通过调整相干态光束与压缩真空光束的光强比来制备不同n值的N00N态，n为光子数。
优选的是，短波滤波片输出的压缩真空光束的波长与激光器输出的光束的波长一致。
优选的是，短波滤波片输出的压缩真空光束的波函数|ξ>为：
相位及光强可调的相干态光束的波函数|α>为：
其中，cosh表示双曲余弦函数，tanh表示双曲正切函数，r表示压缩系数，|2m>表示包含2m个光子的Fock态波函数，m为整数，α＝|α|exp(iθ)，θ为光束相位，|n>代表包含n个光子的Fock态波函数，i表示虚数单位，α表示相干态模长。
优选的是，所述θ的取值范围为[0，2π]。
优选的是，当压缩真空光束和相干态光束间的相位差为π，且|α|2/r取值为1时，可制备出包含两个和三个光子混合的N00N态。
优选的是，当压缩真空光束和相干态光束间的相位差为π，且|α|2/r取值为时，可制备包含四个光子N00N态。
优选的是，当压缩真空光束和相干态光束间的相位差为π，且|α|2/r取值为时，可制备包含五个光子N00N态。
优选的是，经第一50:50分光棱镜透射的一束线偏振光，依次透射过倍频晶体、长波滤波片、下转换晶体、短波滤波片后，获得压缩真空光束的具体过程为：
经第一50:50分光棱镜透射的一束线偏振光，入射至倍频晶体后，经倍频晶体对波长为λ的线偏振光进行倍频，获得波长为λ/2的线偏振光和残余的波长为λ的线偏振光，二者同时入射至长波滤波片后，长波滤波片滤除波长为λ的线偏振光，同时，透射波长为λ/2的线偏振光，长波滤波片出射的波长为λ/2的线偏振光入射至下转换晶体，下转换晶体将具有一个光子的波长为λ/2的线偏振光，转换为频率减半的具有两个光子的线偏振光，且该线偏振光的波长由λ/2变回λ，并入射至短波滤波片，短波滤波片将下转换晶体输出的残余的波长为λ/2的线偏振光滤除后，获得具有两个光子的波长为λ的线偏振光，且该具有两个光子的波长为λ的线偏振光为压缩真空光束。
优选的是，所述压缩真空光束和相干态光束的频率相同。
原理分析：相干态光束与压缩真空态光束干涉可以将压缩真空态光束中的量子关联转换为干涉信号之间的量子纠缠，因此，本发明利用了该效应来制备典型的最大纠缠态，N00N态。通过制备同波长的相干态光束与压缩真空态光束在经过精密校准的干涉仪中发生干涉，可以制备n取不同值的N00N态。
本发明带来的有益效果是，可以制备n取不同值的N00N态，n取值越大，对两光束的相位差及光强比的调控精度要求就越高。利用我们所采取的调控器件及手段，n最高可取5，所制得态的保真度在0.94以上。应用于本发明所述的一种N00N态制备装置可以制备高亮度的N00N态。N00N态用于量子探测时，探针的亮度越高则探测灵敏度越高，因此本发明对于提高此类量子探测手段的灵敏度至关重要。
附图说明
图1为本发明所述的一种N00N态制备装置的原理示意图。
图2为N00N态光子数概率分布图；其中，C1和C2分别表示第二50:50分光棱镜的两端口出射的光子个数，P表示N00N态光子数概率。
具体实施方式
具体实施方式一：参见图1说明本实施方式，本实施方式所述的一种N00N态制备装置，它包括激光器1、起偏器2、第一50:50分光棱镜3、倍频晶体4、长波滤波片5、下转换晶体6、短波滤波片7、第一反射镜8、第二反射镜9、衰减片10、相移器11以及第二50:50分光棱镜12；
激光器1产生的脉冲激光经起偏器2起偏后变为线偏振光，然后入射至第一50:50分光棱镜3后，分为两束；
其中，经第一50:50分光棱镜3透射的一束线偏振光，依次透射过倍频晶体4、长波滤波片5、下转换晶体6、短波滤波片7后，获得压缩真空光束，该压缩真空光束入射至第一反射镜8，经第一反射镜8反射后，入射至第二50:50分光棱镜12；
激光器1输出的脉冲激光的波长为λ，且与经第一50:50分光棱镜3透射的一束线偏振光的和压缩真空光束的波长相同；
经第一50:50分光棱镜3反射的一束线偏振光，入射至第二反射镜9，经第二反射镜9反射后，依次通过衰减片10及相移器11后，获得相位及光强可调的相干态光束，该相干态光束入射至第二50:50分光棱镜12；
压缩真空光束和相干态光束在第二50:50分光棱镜12处干涉，获得N00N态的激光光束；
通过调整相干态光束与压缩真空光束的光强比来制备不同n值的N00N态，n为光子数。
本实施方式中，应用本发明所述的一种N00N态制备装置，可以制备n取不同值的N00N态，n最高取5，调整相干态光束与压缩真空光束的光强比，即可获得相应输出态。所制得态的保真度在0.94以上。
在具体应用的过程中：
激光器1可利用钛蓝宝石激光器发出重复频率为80MHz，脉冲宽度为120fs的激光脉冲。倍频晶体4采用2.74mm的LBO晶体，结合短波滤波片7可将激光器1所发出的脉冲转化为404nm的紫外激光脉冲，最大功率225mW。
下转换晶体6采用1.78mm的BBO晶体，结合长波滤波片5可将404nm的紫外激光脉冲转化为808nm的压缩真空态光束。
衰减片10可采用两片偏振片构成，第一块偏振片偏振方向可调，第二块偏振片偏振方向保持与起偏器2相同，调整第一块偏振片的偏振方向可以在保证偏振方向不变的情况下，获得光强连续可调的激光脉冲。
相移器11相移器采用可变液晶波片，将波片块轴对准起偏器2偏振方向，通过调整波片上加载的电压即可调整光束相位。
最后，根据所需制备的N00N态n取值不同，调整相干态光束与压缩真空态光束的光强比即可获得相应输出态。
具体实施方式二：参见图1说明本实施方式，本实施方式与具体实施方式一所述的一种N00N态制备装置的区别在于，短波滤波片7输出的压缩真空光束的波长与激光器1输出的光束的波长一致。
具体实施方式三：参见图1说明本实施方式，本实施方式与具体实施方式一所述的一种N00N态制备装置的区别在于，短波滤波片7输出的压缩真空光束的波函数|ξ>为：
相位及光强可调的相干态光束的波函数|α>为：
其中，cosh表示双曲余弦函数，tanh表示双曲正切函数，r表示压缩系数，|2m>表示包含2m个光子的Fock态波函数，m为整数，α＝|α|exp(iθ)，θ为光束相位，|n>代表包含n个光子的Fock态波函数，i表示虚数单位，α表示相干态模长。
具体实施方式四：参见图1说明本实施方式，本实施方式与具体实施方式三所述的一种N00N态制备装置的区别在于，所述θ的取值范围为[0，2π]。
具体实施方式五：参见图1说明本实施方式，本实施方式与具体实施方式二或三所述的一种N00N态制备装置的区别在于，当压缩真空光束和相干态光束间的相位差为π，且|α|2/r取值为1时，可制备出包含两个和三个光子混合的N00N态。
具体实施方式六：参见图1说明本实施方式，本实施方式与具体实施方式二或三所述的一种N00N态制备装置的区别在于，当压缩真空光束和相干态光束间的相位差为π，且|α|2/r取值为时，可制备包含四个光子N00N态。
具体实施方式七：参见图1说明本实施方式，本实施方式与具体实施方式二或三所述的一种N00N态制备装置的区别在于，当压缩真空光束和相干态光束间的相位差为π，且|α|2/r取值为时，可制备包含五个光子N00N态。
具体实施方式八：参见图1说明本实施方式，本实施方式与具体实施方式一所述的一种N00N态制备装置的区别在于，经第一50:50分光棱镜3透射的一束线偏振光，依次透射过倍频晶体4、长波滤波片5、下转换晶体6、短波滤波片7后，获得压缩真空光束的具体过程为：
经第一50:50分光棱镜3透射的一束线偏振光，入射至倍频晶体4后，经倍频晶体4对波长为λ的线偏振光进行倍频，获得波长为λ/2的线偏振光和残余的波长为λ的线偏振光，二者同时入射至长波滤波片5后，长波滤波片5滤除波长为λ的线偏振光，同时，透射波长为λ/2的线偏振光，长波滤波片5出射的波长为λ/2的线偏振光入射至下转换晶体6，下转换晶体6将具有一个光子的波长为λ/2的线偏振光，转换为频率减半的具有两个光子的线偏振光，且该线偏振光的波长由λ/2变回λ，并入射至短波滤波片7，短波滤波片7将下转换晶体6输出的残余的波长为λ/2的线偏振光滤除后，获得具有两个光子的波长为λ的线偏振光，且该具有两个光子的波长为λ的线偏振光为压缩真空光束。
本实施方式中，所述N00N态光子数概率分布如图2所示。
具体实施方式九：参见图1说明本实施方式，本实施方式与具体实施方式一所述的一种N00N态制备装置的区别在于，所述压缩真空光束和相干态光束的频率相同。
本发明所述一种N00N态制备装置的结构不局限于上述各实施方式所记载的具体结构，还可以是上述各实施方式所记载的技术特征的合理组合。

Claims (9)

1.一种N00N态制备装置，其特征在于，它包括激光器(1)、起偏器(2)、第一50:50分光棱镜(3)、倍频晶体(4)、长波滤波片(5)、下转换晶体(6)、短波滤波片(7)、第一反射镜(8)、第二反射镜(9)、衰减片(10)、相移器(11)以及第二50:50分光棱镜(12)；
激光器(1)产生的脉冲激光经起偏器(2)起偏后变为线偏振光，然后入射至第一50:50分光棱镜(3)后，分为两束；
其中，经第一50:50分光棱镜(3)透射的一束线偏振光，依次透射过倍频晶体(4)、长波滤波片(5)、下转换晶体(6)、短波滤波片(7)后，获得压缩真空光束，该压缩真空光束入射至第一反射镜(8)，经第一反射镜(8)反射后，入射至第二50:50分光棱镜(12)；
激光器(1)输出的脉冲激光的波长为λ，且与经第一50:50分光棱镜(3)透射的一束线偏振光的和压缩真空光束的波长相同；
经第一50:50分光棱镜(3)反射的一束线偏振光，入射至第二反射镜(9)，经第二反射镜(9)反射后，依次通过衰减片(10)及相移器(11)后，获得相位及光强可调的相干态光束，该相干态光束入射至第二50:50分光棱镜(12)；
压缩真空光束和相干态光束在第二50:50分光棱镜(12)处干涉，获得N00N态的激光光束；
通过调整相干态光束与压缩真空光束的光强比来制备不同n值的N00N态，n为光子数。
2.根据权利要求1所述的一种N00N态制备装置，其特征在于，短波滤波片(7)输出的压缩真空光束的波长与激光器(1)输出的光束的波长一致。
3.根据权利要求1所述的一种N00N态制备装置，其特征在于，短波滤波片(7)输出的压缩真空光束的波函数|ξ>为：
相位及光强可调的相干态光束的波函数|α>为：
其中，cosh表示双曲余弦函数，tanh表示双曲正切函数，r表示压缩系数，|2m>表示包含2m个光子的Fock态波函数，m为整数，α＝|α|exp(iθ)，θ为光束相位，|n>代表包含n个光子的Fock态波函数，i表示虚数单位，α表示相干态模长。
4.根据权利要求3所述的一种N00N态制备装置，其特征在于，所述θ的取值范围为[0，2π]。
5.根据权利要求2或3所述的一种N00N态制备装置，其特征在于，当压缩真空光束和相干态光束间的相位差为π，且|α|2/r取值为1时，可制备出包含两个和三个光子混合的N00N态。
6.根据权利要求2或3所述的一种N00N态制备装置，其特征在于，当压缩真空光束和相干态光束间的相位差为π，且|α|2/r取值为时，可制备包含四个光子N00N态。
7.根据权利要求2或3所述的一种N00N态制备装置，其特征在于，当压缩真空光束和相干态光束间的相位差为π，且|α|2/r取值为时，可制备包含五个光子N00N态。
8.根据权利要求1所述的一种N00N态制备装置，其特征在于，经第一50:50分光棱镜(3)透射的一束线偏振光，依次透射过倍频晶体(4)、长波滤波片(5)、下转换晶体(6)、短波滤波片(7)后，获得压缩真空光束的具体过程为：
经第一50:50分光棱镜(3)透射的一束线偏振光，入射至倍频晶体(4)后，经倍频晶体(4)对波长为λ的线偏振光进行倍频，获得波长为λ/2的线偏振光和残余的波长为λ的线偏振光，二者同时入射至长波滤波片(5)后，长波滤波片(5)滤除波长为λ的线偏振光，同时，透射波长为λ/2的线偏振光，长波滤波片(5)出射的波长为λ/2的线偏振光入射至下转换晶体(6)，下转换晶体(6)将具有一个光子的波长为λ/2的线偏振光，转换为频率减半的具有两个光子的线偏振光，且该线偏振光的波长由λ/2变回λ，并入射至短波滤波片(7)，短波滤波片(7)将下转换晶体(6)输出的残余的波长为λ/2的线偏振光滤除后，获得具有两个光子的波长为λ的线偏振光，且该具有两个光子的波长为λ的线偏振光为压缩真空光束。
9.根据权利要求1所述的一种N00N态制备装置，其特征在于，所述压缩真空光束和相干态光束的频率相同。
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Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20070250280A1 (en) * 2006-04-19 2007-10-25 Beausoleil Raymond G Methods for determining relative phase differences in entangled quantum states
CN101071057A (zh) * 2007-06-15 2007-11-14 浙江大学 基于多模波导中光场横向模式的干涉测量仪
CN101398590A (zh) * 2008-11-06 2009-04-01 天津大学 全光纤频率纠缠光子源

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20070250280A1 (en) * 2006-04-19 2007-10-25 Beausoleil Raymond G Methods for determining relative phase differences in entangled quantum states
CN101071057A (zh) * 2007-06-15 2007-11-14 浙江大学 基于多模波导中光场横向模式的干涉测量仪
CN101398590A (zh) * 2008-11-06 2009-04-01 天津大学 全光纤频率纠缠光子源

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
ITAI AFEK ET AL.: ""High-NOON states by mixing quantum and classical light"", 《SCIENCE》 *

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