CN116164850A - 一种用于非简并偏振纠缠源制备与测量的装置 - Google Patents
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Abstract
本申请提供了一种用于非简并偏振纠缠源制备与测量的装置，包括制备模块、分光器、光处理模块和采集模块。采用单向泵浦激光器作为光发射源，利用双周期结构特性的波导样品、光束聚焦透镜和光束偏振器构成纠缠源制备模块，制备纠缠的信号光子。将波导工艺和周期极化晶体制备方法结合，使波长具有可扩展性。同时，波导工艺提升了非线性晶体对光的束缚能力，使纠缠源制备模块纠缠原产率变高。又通过畴调控技术在非线性晶体上引入两个周期，解决了非线性晶体每一个倒格矢只提供一个角动量无法满足单向泵浦条件的问题。双周期结构可以同时满足两个非线性过程，从而省去了设计极化周期间距的环节，使制备方法具有一般性。
Description
技术领域
本申请涉及光学设备技术领域，尤其涉及一种用于非简并偏振纠缠源制备与测量的装置。
背景技术
对量子信息学进行研究时，量子纠缠现象是量子信息学的研究核心。因此，纠缠是量子信息科学的关键资源，高效率、高稳定度地制造稳定的纠缠是研究量子信息学的重要条件。
研究中常利用非线性晶体的自发参量转换过程制备纠缠的信号光子。一类方法以双向泵浦光为基础，配合旋转的环形干涉仪制备纠缠的信号光子，但对光路稳定性要求极高，从而限制了使用环境，降低了使用率。另一类方法为周期极化晶体方案，采用铁电晶体进行周期性畴反转，实现了准相位匹配，具有高效、设计灵活等优势。但铁电晶体是一种体块非线性晶体，作为纠缠源其亮度较低，因此产率也较低。。
为了解决体块非线性晶体作为纠缠源产率较低的问题，引入了波导工艺，形成波导纠缠源。波导工艺能够束缚泵浦光，从而提高光功率密度，并且将产生的参量光与泵浦光束缚在一起，提高了对光的收集能力，进而提高了对光的处理能力。
发明内容
本申请提供了一种用于非简并偏振纠缠源制备与测量的装置，以解决使用体块纠缠源制备纠缠的信号光子产率低的问题。
本申请提供了一种用于非简并纠缠源置备于测量的装置，包括：制备模块、分光器、光处理模块和采集模块。
所述制备模块用于制备纠缠源。所述分光器用于按照波长对所述制备模块产生的光线进行分类传播。所述光处理模块用于改变光子测量基。所述采集模块用于计算采集的光线中的光子特征。
可选的，所述制备模块包括：泵浦激光器、光纤偏振控制器、光束聚焦透镜、波导样品。
所述泵浦激光器的输出端与所述光纤偏振控制器的输入端连接。
所述光束聚焦透镜包括：第一光束聚焦透镜和第二光束聚焦透镜。
所述光纤偏振控制器的输出端与所述第一光束聚焦透镜平行放置。
所述光束偏振器的输出端、第一光束聚焦透镜的几何中心、所述波导样品的几何中心与所述第二光束聚焦透镜的几何中心按照同一条轴线放置。
所述分光器的几何中心也位于所述轴线上，所述分光器倾斜放置。
可选的，所述波导样品具有双周期结构。
可选的，所述制备模块还包括补偿晶体，所述补偿晶体用于补偿透过所述第二光束聚焦透镜的参量光的群速度色散。
可选的，所述分光器采用二向色镜；所述二向色镜对波长为1335nm的光进行反射处理；所述二向色镜对波长为1488.9nm的光进行透射处理。
可选的，所述光处理模块包括：半波片、波片组、偏振分束器和光栅。
所述半波片包括第一半波片、第二半波片和第三半波片。
所述偏振分束器分为第一偏振分束器和第二偏振分束器；所述第一偏振分束器放置于反射光方向；所述第二偏振分束器放置于透射光方向。
所述第一半波片设置于所述分光器和所述第一偏振分束器之间。
所述波片组包括两个四分之一波片和所述第二半波片；所述波片组和所述第三半波片依次设置于所述分光器和所述第二偏振分束器之间。
所述光栅设置在所述第一偏振分束器的传出端和所述第二偏振分束器的传出端。
可选的，所述采集模块包括：探测器和计算机。所述探测器设置在所述光栅的传出端；所述计算机用于计算分析光子特征。
本申请提供了一种用于非简并偏振纠缠源制备与测量的装置，包括制备模块、分光器、光处理模块和采集模块。
采用单向泵浦激光器作为光发射源，利用双周期结构特性的波导样品、光束聚焦透镜和光束偏振器构成纠缠源制备模块，制备纠缠的信号光子。将波导工艺和周期极化晶体制备方法结合，使波长具有可扩展性。同时，波导工艺提升了非线性晶体对光的束缚能力，使纠缠源制备模块纠缠原产率变高。又通过畴调控技术在非线性晶体上引入两个周期，解决了非线性晶体每一个倒格矢只提供一个角动量无法满足单向泵浦条件的问题。双周期结构可以同时满足两个非线性过程，从而省去了设计极化周期间距的环节，使制备方法具有一般性。
附图说明
为了更清楚地说明本申请的技术方案，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，对于本领域普通技术人员而言，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的附图。
图1为用于非并简纠缠源制备与测量的装置工作流程图；
图2为制备模块的工作流程图；
图3为光处理模块的工作流程图。
具体实施方式
下面将详细地对实施例进行说明，其示例表示在附图中。下面的描述涉及附图时，除非另有表示，不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。以下实施例中描述的实施方式并不代表与本申请相一致的所有实施方式。仅是与权利要求书中所详述的、本申请的一些方面相一致的系统和方法的示例。
下面结合图1、图2和图3对本申请实施例提供的一种用于非简并偏振纠缠源制备与测量的装置的工作流程进行说明。所述图1为用于非并简纠缠源制备与测量的装置工作流程图。所述图2为制备模块的工作流程图。所述图3为光处理模块的工作流程图。
所述制备模块用于制备纠缠源，包括：泵浦激光器、光纤偏振控制器、光束聚焦透镜、波导样品和补偿晶体。本实施例中采用的泵浦激光器为单向泵浦激光器，具有使用原理简单的特点，朝单一方向产生光源。当所述单向泵浦激光器产生光源后，光源经光纤穿输至光纤偏振控制器的输入端，所述光纤偏振控制器将所述光源的偏振方向调整为平行偏振方向后传输至第一光束聚焦透镜的传入端。所述第一光束聚焦透镜采用的是非球面镜，具有消除所述光源色差的功能，同时可将所述光源聚焦、耦合到波导样品中。
所述波导样品由非线性晶体和波导工艺结合而成，具有双周期结构，可以同时支持两种偏振的光传播。并且可以利用周期2对周期1进行调制，从而实现使两个不同的周期结构同时存在于波导上的每一个位置。
所述双周期结构从设计的角度上，具有简单高效的特点，从其实用性的角度上看，具有波长可扩展性强的特点。此外，由于非线性晶体本身的物理特性，其每一个倒格矢只提供一个角动量。为了满足单向泵浦的使用条件，在非线性晶体上需要进入两个极化周期，所述极化周期通过计算得出，其公式如下：
Gmn＝Gm+Gn＝2πm/A1+2πm/A2。
其中，Gmn表示倒格矢，Gm表示第一倒格矢，Gn表示第二倒格矢，A1表示第一周期，A2表示第二周期。
在本实施例中m的取值为1，n的取值为±1，单向泵浦光的波长取704.2nm。因此，在所述非线性晶体温度为100℃时，结合公式，所述光源在经过波导样品中同时发生的两个非线性过程从而产生纠缠的信号光子的周期分别为：A1＝8μm，A2＝320μm。
所述光源经所述双周期波导样品产生纠缠后，经第二光束聚焦透镜的二次聚焦耦合，保证所述光源能够平行输出至分光器。
所述分光器为二向色镜，可将所述光源内不同波长的光分开传播。本实施例中的二向色镜将波长为1335nm的光反射至第一半波片的传入端，将波长为1488.9nm的光透射至波片组的传入端。
所述反射光经过第一半波片后，偏振方向改变，再传至第一偏振分束器。所述第一半波片与所述第一偏振分束器均用于在不同的光测量基上将所述反射光进行投影测量，表征其偏振纠缠态。所述反射光经过所述第一偏振分束器后，被探测器采集。所述探测器为单光子探测器，其探测结果直接传输至计算机，由所述计算机计算纠缠的信号光子的特征。所述特征包括探测器采集到的光子数和所述光子的偏振态信息。
本实施例中，所述波片组由两个四分之一波片和第二半波片组成，所述第二半波片置于两个四分之一波片之间。所述波片组用于调节所述反射光和所述透射光的相对相位。经波片组调节相位后的透射光传至第三半波片的传入端，所述第三半波片对所述透射光的偏振方向进行调整，并且将透射光聚焦传至第二偏振分束器。所述第三半波片与所述第二偏振分束器的功能与所述第一半波片与所述第一偏振分束器的功能相同，因此不再赘述。同样的，所述透射光经所述第二偏振分束器传出后，被所述单光子探测器采集，其探测结果也直接传输至计算机，并由计算机计算纠缠的信号光子的特征。
本申请提供了一种用于非简并偏振纠缠源制备与测量的装置，包括制备模块、分光器、光处理模块和采集模块。
采用单向泵浦激光器作为光发射源，利用双周期结构特性的波导样品、光束聚焦透镜和光束偏振器构成纠缠源制备模块，制备纠缠的信号光子。将波导工艺和周期极化晶体制备方法结合，使波长具有可扩展性。同时，波导工艺提升了非线性晶体对光的束缚能力，使纠缠源制备模块纠缠原产率变高。又通过畴调控技术在非线性晶体上引入两个周期，解决了非线性晶体每一个倒格矢只提供一个角动量无法满足单向泵浦使用的问题。双周期结构可以同时满足两个非线性过程，从而省去了设计极化周期间距的环节，使制备方法具有一般性。
本申请提供的实施例之间的相似部分相互参见即可，以上提供的具体实施方式只是本申请总的构思下的几个示例，并不构成本申请保护范围的限定。对于本领域的技术人员而言，在不付出创造性劳动的前提下依据本申请方案所扩展出的任何其他实施方式都属于本申请的保护范围。
Claims (8)
1.一种用于非简并偏振纠缠源制备与测量的装置，其特征在于，包括：制备模块、分光器、光处理模块和采集模块；
所述制备模块用于制备纠缠源；
所述分光器用于按照波长对所述制备模块产生的光线进行分类传播；
所述光处理模块用于改变光子测量基；
所述采集模块用于计算采集的光线中的光子特征。
2.根据权利要求1所述的用于非简并偏振纠缠源制备与测量的装置，其特征在于，所述制备模块包括：泵浦激光器、光纤偏振控制器、光束聚焦透镜、波导样品；
所述泵浦激光器的输出端与所述光纤偏振控制器的输入端连接；
所述光束聚焦透镜包括：第一光束聚焦透镜和第二光束聚焦透镜；
所述光纤偏振控制器的输出端与所述第一光束聚焦透镜平行放置；
所述光束偏振器的输出端、第一光束聚焦透镜的几何中心、所述波导样品的几何中心与所述第二光束聚焦透镜的几何中心按照同一条轴线放置；
所述分光器的几何中心也位于所述轴线上，所述分光器倾斜放置。
3.根据权利要求2所述的用于非简并偏振纠缠源制备与测量的装置，其特征在于，所述波导样品具有双周期结构。
4.根据权利要求2所述的用于非简并偏振纠缠源置备于测量的装置，其特征在于，所述泵浦激光器为单向泵浦激光器。
5.根据权利要求2所述的用于非简并偏振纠缠源制备与测量的装置，其特征在于，所述制备模块还包括补偿晶体，所述补偿晶体用于补偿透过所述第二光束聚焦透镜的参量光的群速度色散。
6.根据权利要求1所述的用于非简并偏振纠缠源制备与测量的装置，其特征在于，所述分光器采用二向色镜；所述二向色镜对波长为1335nm的光进行反射处理；所述二向色镜对波长为1488.9nm的光进行透射处理。
7.根据权利要求1所述的用于非简并偏振纠缠源制备与测量的装置，其特征在于，所述光处理模块包括：半波片、波片组、偏振分束器和光栅；
所述半波片包括第一半波片、第二半波片和第三半波片；
所述偏振分束器分为第一偏振分束器和第二偏振分束器；所述第一偏振分束器放置于反射光方向；所述第二偏振分束器放置于透射光方向；
所述第一半波片设置于所述分光器和所述第一偏振分束器之间；
所述波片组包括两个四分之一波片和所述第二半波片；所述波片组和所述第三半波片依次设置于所述分光器和所述第二偏振分束器之间；
所述光栅设置在所述第一偏振分束器的传出端和所述第二偏振分束器的传出端。
8.根据权利要求1所述的用于非简并偏振纠缠源制备与测量的装置，其特征在于，所述采集模块包括：探测器和计算机；所述探测器设置在所述光栅的传出端；所述计算机用于计算分析光子特征。
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Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN116609985A (zh) * | 2023-07-20 | 2023-08-18 | 中国船舶集团有限公司第七〇七研究所 | 一种基于折返式周期极化晶体的紧凑型纠缠光源 |
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2021
- 2021-11-24 CN CN202111406131.6A patent/CN116164850A/zh active Pending
Cited By (2)
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| CN116609985A (zh) * | 2023-07-20 | 2023-08-18 | 中国船舶集团有限公司第七〇七研究所 | 一种基于折返式周期极化晶体的紧凑型纠缠光源 |
| CN116609985B (zh) * | 2023-07-20 | 2023-09-15 | 中国船舶集团有限公司第七〇七研究所 | 一种基于折返式周期极化晶体的紧凑型纠缠光源 |
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