CN110571629B - 调控电容型光子态微波量子态转换器及系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种调控电容型光子态微波量子态转换器及系统，具体而言，涉及光学器械领域，该调控电容型光子态微波量子态转换器中的第一接地带与第二接地带之间存在一个通道，当一个光子进入到该通道中时，会改变第一接地带和第二接地带之间的耦合情况，并且当光子通过该通道之后撞击到该中心导体时，该中心导体发生了振动，进而改变该中心导体与该第三接地带的距离，进而改变该中心导体与该第三接地带形成的等价电容，从而使得该中心导体与该第三接地带之间产生一个微波量子，进而实现将光子转化为微波量子的过程，由于该转换器结构简单，所以将光子转化为微波量子的稳定性高。
Description
技术领域
本发明涉及光学器械领域，具体而言，涉及一种调控电容型光子态微波量子态转换器及系统。
背景技术
近年来随着量子信息技术的飞速发展，各种基于量子效应的应用不断涌现，将光子转化为量子是目前最新的研究课题之一，其中，光子是电磁辐射的载体，而在量子场论中光子被认为是电磁相互作用的媒介子，微波量子是微波的最小单元。
现有技术中，将光子转化为微波量子的方法主要使用转换器包括两个电磁谐振器，一个光频率，一个微波频率，共享一个机械谐振器，机械谐振器有一薄膜组成，能自由震动；光频谐振器包括一个法布里-波罗腔，膜振动并调制光腔谐振频率，膜部分导电并组成微波谐振器的电感电路中电容的一部分，因为薄膜自由振动，所以可以调制微波电路的电容，进而调制谐振频率。
但是，上述转换器结构复杂，稳定性低。
发明内容
本发明的目的在于，针对上述现有技术中的不足，提供一种调控电容型光子态微波量子态转换器及系统，以解决现有技术中转换器结构复杂，稳定性低的问题。
为实现上述目的，本发明实施例采用的技术方案如下：
第一方面，本发明实施例提供了一种调控电容型光子态微波量子态转换器，调控电容型光子态微波量子态转换器包括：第一接地带、第二接地带、第三接地带和中心导体；
第一接地带和第二接地带平行设置，第一接地带和第二接地带之间形成通道，通道用于光在其中传播；中心导体呈“L”形，“L”形中心导体的长边设置在第一接地带和第二接地带的一端，分别与第一接地带和第二接地带垂直设置，且“L”形中心导体的长边与通道相对设置；第三接地带设置在中心导体远离第一接地带和第二接地带的一侧，且与“L”形中心导体的长边平行设置。
可选地，该第一接地带和第二接地带之间的通道宽度不大于40纳米。
可选地，该通道形状为梯形，其中，靠近中心导体的部分宽度小于远离中心导体部分的宽度。
可选地，该调控电容型光子态微波量子态转换器还包括光子吸收层，光子吸收层贴附在中心导体靠近通道的位置。
可选地，该光子吸收层的材料为石墨烯。
可选地，该通道内设置多个凸起。
可选地，该凸起的材料为贵金属。
可选地，该中心导体与通道相对的位置设置有凹坑。
可选地，该中心导体与通道相对的位置设置有不穿透的孔洞。
第二方面，本发明实施例还提供了一种调控电容型光子态微波量子态转换系统，系统包括光源和第一方面任意一项的调控电容型光子态微波量子态转换器，光源设置在通道远离中心导体的一端。
本发明的有益效果是：
本申请通过在第一接地带和第二接地带之间形成的通道一侧设置“L”形中心导体，该中心导体的长边与该第一导体和第二导体之间的通道垂直设置，该第三接地带设置在该中心导体远离该第一接地带和第二接地带的一侧，且该第三接地带与该中心导体的长边平行设置，由于该通道可以用于光子在其中传播，则该通道形成了平面光波导，当一个光子进入到该通道中时，会改变第一接地带和第二接地带之间的耦合情况，并且当光子通过该通道之后撞击到该中心导体时，该中心导体发生了振动，进而改变该中心导体与该第三接地带的距离，进而改变该中心导体与该第三接地带形成的等价电容，从而使得该中心导体与该第三接地带之间产生一个微波量子，进而实现将光子转化为微波量子的过程，由于该转换器结构简单，所以将光子转化为微波量子的稳定性高。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
图1为本发明一实施例提供的一种调控电容型光子态微波量子态转换器的结构示意图；
图2为本发明一实施例提供的另一种调控电容型光子态微波量子态转换器的结构示意图；
图3为本发明一实施例提供的另一种调控电容型光子态微波量子态转换器的结构示意图。
图标：10-第一接地带；20-第二接地带；30-中心导体；40-第三接地带；50-光子吸收层。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。
因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
此外，术语“水平”、“竖直”等术语并不表示要求部件绝对水平或悬垂，而是可以稍微倾斜。如“水平”仅仅是指其方向相对“竖直”而言更加水平，并不是表示该结构一定要完全水平，而是可以稍微倾斜。
在本发明的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
图1为本发明一实施例提供的一种调控电容型光子态微波量子态转换器的结构示意图，如图1所示，本申请实施例提供一种调控电容型光子态微波量子态转换器，该调控电容型光子态微波量子态转换器包括：第一接地带10、第二接地带20、第三接地带40和中心导体30；第一接地带10和第二接地带20平行设置，第一接地带10和第二接地带20之间形成通道，通道用于光在其中传播；中心导体30呈“L”形，“L”形中心导体30的长边设置在第一接地带10和第二接地带20的一端，分别与第一接地带10和第二接地带20垂直设置，且“L”形中心导体30的长边与通道相对设置；第三接地带40设置在中心导体30远离第一接地带10和第二接地带20的一侧，且与“L”形中心导体30的长边平行设置。
具体地，将第一接地带10和第二接地带20之间设置一个通道，且该通道表面光滑，用于光子在该通道中进行传播，并且该第一接地带10和第二接地带20之间相当组成了一个等价电容，当光子在第一接地带10和第二接地带20之间进行传播时，在通道两侧第一接地带10和第二接地带20的位置形成了表面等离激元，使得该第一接地带10和第二接地带20的耦合情况发生改变，从而改变该第一接地带10和第二接地带20形成的等价电容的电压，该“L”形中心导体30的长边设置在第一接地带10和第二接地带20的一端，分别与第一接地带10和第二接地带20垂直设置，且“L”形中心导体30的长边与通道相对设置，该“L”形中心导体30的另一侧设置有第三接地带40，使得该中心导体30的长边与该第三接地带40之间形成一个等价电容；该第一接地带10和第二接地带20之间的等价电容的电压进行改变之后，光子经过该通道之后直接撞击到该中心导体30上，该中心导体30在光子的作用下发生振动，从而改变该第一接地带10和第二接地带20的耦合情况，同时也改变中心导体30与第三接地带40的耦合情况，即使得第一接地带10和第二接地带20之间形成的等价电容的电压发生改变，同时该中心导体30与第三接地带40之间形成的等价电容的电压进行改变，当该中心导体30与该第三接地带40之间等价电容的电压发生改变时，等价电容效应的作用下，该中心导体30与该第三接地带40之间的等价电容之间会产生一个微波量子，从而实现了从光子到微波量子的转换，需要说明的是，该第一接地带10、第二接地带20和第三接地带40的具体形状，根据实际情况进行设定，在此不做限定。
另外，该第一接地带10、第二接地带20和第三接地带40的材料根据需要和实际情况进行选择，在此不做限定，一般的，该该第一接地带10、第二接地带20和第三接地带40的材料可以为石墨。
可选地，该第一接地带10和第二接地带20之间的通道宽度不大于40纳米。
为了减少光子在通过该第一接地带10和第二接地带20之间的通道的能量流失，则该第一接地带10和第二接地带20之间的通道的宽度不大于40纳米，对该通道的具体形状不做限定，一般的，该通道为圆柱体、梯形或者圆台形。
图2为本发明一实施例提供的另一种调控电容型光子态微波量子态转换器的结构示意图，如图2所示，可选地，该通道形状为梯形，其中，靠近中心导体30的部分宽度小于远离中心导体30部分的宽度。
具体地，为了减少光子在该通道中的损耗，将该通道设置为梯形，并且将该通道靠近该中心导体30的一端的宽度设置为小于远离该中心导体30一端的宽度，且该通道最宽的宽度也不大于40纳米。
另外，该通道还可以设置为圆台形，且靠近中心导体30的部分宽度小于远离中心导体30部分的宽度。
图3为本发明一实施例提供的另一种调控电容型光子态微波量子态转换器的结构示意图，如图3所示，可选地，该调控电容型光子态微波量子态转换器还包括光子吸收层50，光子吸收层50贴附在中心导体30靠近通道的位置。
为了增加该中心导体30与光子的耦合情况，则可以在该中心导体30靠近该通道的位置设置一层光子吸收层50，用于增加该中心导体30对光子的吸收，该光子吸收层50的面积根据实际情况进行选择，只要能实现通过该光子吸收层50能增加该中心导体30对光子的吸收即可，一般的，该光子吸收层50设置为正方形或者圆形，当该光子吸收层50设置为正方形时，该光子吸收层50的边长不小于40纳米，当该光子吸收层50设置为圆形时，该光子吸收层50的直径不小于40纳米。
可选地，该光子吸收层50的材料为石墨烯。
石墨烯具有良好的光学特性，可以将该光子吸收层50的材料设置为石墨烯，该光子吸收层50可以是在该中心导体30靠近该通道一侧与该通道对应的位置上涂覆一层石墨烯材料。
可选地，该通道内设置多个凸起。
为了使得该第一接地带10和第二接地带20之间的等价电容的电压改变更加明显，则可以在该第一接地带10和第二接地带20之间的通道的内壁上设置多个凸起，以此减少该第一接地带10和第二接地带20之间的距离，进而使得该第一接地带10和第二接地带20之间的等价电容的电压改变更加明显。
可选地，该凸起的材料为贵金属。
由于贵金属有良好的光电特性，则可以将该多个凸起设置为贵金属材料，由于金、银、钼贵金属材料的光电性质更佳，则可以将该多个凸起设置为由金、银、钼等贵金属材料构成，需要说明的是，该凸起可以由金、银、钼中单独的一种贵金属组成，也可以是金、银、钼中多种贵金属组成，在此不做具体限定。
可选地，该中心导体30与通道相对的位置设置有凹坑。
为了增加该中心导体30对击打在该中心导体30上的光子的吸收，减少该光子的反射，进而减少该通道中的噪音影响，则可以在该中心导体30接收光子的位置设置一个凹坑，使得该中心导体30对光子的吸收增强。
可选地，该中心导体30与通道相对的位置设置有不穿透的孔洞。
为了增加该中心导体30对击打在该中心导体30上的光子的吸收，减少该光子的反射，进而减少光子重新反射到该通道中产生噪音对射入光子产生影响，则可以在该中心导体30接收光子的位置设置一个不穿透的孔洞，使得该中心导体30对光子的吸收增强。
本申请通过在第一接地带10和第二接地带20之间形成的通道一侧设置“L”形中心导体30，该中心导体30的长边与该第一导体和第二导体之间的通道垂直设置，该第三接地带40设置在该中心导体30远离该第一接地带10和第二接地带20的一侧，且该第三接地带40与该中心导体30的长边平行设置，由于该通道可以用于光子在其中传播，则该通道形成了平面光波导，当一个光子进入到该通道中时，会改变第一接地带10和第二接地带20之间的耦合情况，并且当光子通过该通道之后撞击到该中心导体30时，该中心导体30发生了振动，进而改变该中心导体30与该第三接地带40的距离，进而改变该中心导体30与该第三接地带40形成的等价电容，从而使得该中心导体30与该第三接地带40之间产生一个微波量子，进而实现将光子转化为微波量子的过程，由于该转换器结构简单，所以将光子转化为微波量子的稳定性高。
本申请实施例还提供一种调控电容型光子态微波量子态转换系统，系统包括光源和第一方面任意一项的调控电容型光子态微波量子态转换器，光源设置在通道远离中心导体30的一端。
光源用于该调控电容型光子态微波量子态转换器提供光子，且将光源设置在通道远离中心导体30的一端，需要说明的是，该光源一次可以发射一个光子。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更该和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修该、等同替换、该进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种调控电容型光子态微波量子态转换器，其特征在于，所述调控电容型光子态微波量子态转换器包括：第一接地带、第二接地带、第三接地带和中心导体；
所述第一接地带和所述第二接地带平行设置，所述第一接地带和所述第二接地带之间形成通道，所述通道用于光在其中传播；所述中心导体呈“L”形，所述“L”形中心导体的长边设置在所述第一接地带和所述第二接地带的一端，分别与所述第一接地带和所述第二接地带垂直设置，且所述“L”形中心导体的长边与所述通道相对设置；所述第三接地带设置在所述中心导体远离所述第一接地带和所述第二接地带的一侧，且与所述“L”形中心导体的长边平行设置；该“L”形中心导体（ 30） 的另一侧设置有第三接地带( 40) ，使得该中心导体（ 30） 的长边与该第三接地带（ 40） 之间形成一个等价电容，当该中心导体（ 30） 与该第三接地带（ 40） 之间等价电容的电压发生改变时，等价电容效应的作用下，该中心导体（30） 与该第三接地带（ 40） 之间的等价电容之间会产生一个微波量子。
2.根据权利要求1所述的调控电容型光子态微波量子态转换器，其特征在于，所述所述第一接地带和所述第二接地带之间的通道宽度不大于40纳米。
3.根据权利要求2所述的调控电容型光子态微波量子态转换器，其特征在于，所述所述通道形状为梯形，其中，靠近所述中心导体的部分宽度小于远离所述中心导体部分的宽度。
4.根据权利要求1所述的调控电容型光子态微波量子态转换器，其特征在于，所述调控电容型光子态微波量子态转换器还包括光子吸收层，所述光子吸收层贴附在所述中心导体靠近所述通道的位置。
5.根据权利要求4所述的调控电容型光子态微波量子态转换器，其特征在于，所述光子吸收层的材料为石墨烯。
6.根据权利要求1所述的调控电容型光子态微波量子态转换器，其特征在于，所述通道内设置多个凸起。
7.根据权利要求6所述的调控电容型光子态微波量子态转换器，其特征在于，所述所述凸起的材料为贵金属。
8.根据权利要求1所述的调控电容型光子态微波量子态转换器，其特征在于，所述中心导体与所述通道相对的位置设置有凹坑。
9.根据权利要求1所述的调控电容型光子态微波量子态转换器，其特征在于，所述中心导体与所述通道相对的位置设置有不穿透的孔洞。
10.一种调控电容型光子态微波量子态转换系统，其特征在于，所述系统包括光源和权利要求1-9任意一项所述的调控电容型光子态微波量子态转换器，所述光源设置在所述通道远离所述中心导体的一端。
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