CN205581482U - 一种啁啾纠缠光子对的压缩装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种啁啾纠缠光子对的压缩装置，包括连续激光器，连续激光器一侧的光路上依次设置有第一凸透镜、第一非线性晶体、第二凸透镜、第一滤光器、第一准直器、液晶空间光调制器、第二准直器、第三凸透镜、第二非线性晶体、第四凸透镜、第二滤光器、第五凸透镜、单光子探测器、光子计数器，其中，第一非线性晶体采用具有啁啾准相位匹配结构的非线性晶体。本实用新型提供的一种啁啾纠缠光子对的压缩装置，其压缩效果和传统相位补偿方案相同，但却克服了传统相位补偿方案中压缩结果受限于色散介质长度及色散高阶项、纠缠光子信号经色散介质时会出现损耗、装置结构复杂、难于实验实现等缺陷。
Description
技术领域
本实用新型属于量子光学中纠缠光子对的操纵技术领域，具体涉及一种啁啾纠缠光子对的压缩装置。
背景技术
用连续激光泵浦啁啾准相位匹配非线性晶体时可以产生超宽频谱的纠缠光源，即啁啾纠缠光子对。这种纠缠光源可应用在高精度量子光学相干层析及大带宽量子信息处理中，并能获得超窄洪-欧-曼德尔HOM(Hong–Ou–Mandel)量子干涉结果。然而，由于晶体的色散作用，使得啁啾纠缠光子对的关联时间也同时被拓宽，因而不利于其在量子度量衡、量子平板印刷等领域的应用。为了在不影响啁啾纠缠光子超宽频谱的同时提高其时间关联性，就必须压缩关联时间。传统方法采用色散介质(如，光纤)的相位补偿方案来压缩关联时间。但缺陷是：压缩的关联时间依赖于色散介质的长度，只有在特殊位置才能被完美压缩；色散介质中的高阶项也会降低压缩效果；纠缠光子信号经色散介质时会出现损耗。此外，这些方法所涉及的装置结构复杂，实验要求苛刻，不易实验实现。
实用新型内容
本实用新型的目的是提供一种啁啾纠缠光子对的压缩装置，解决了现有相位补偿方案中装置结构复杂、难于实验实现的问题。
本实用新型所采用的技术方案是，一种啁啾纠缠光子对的压缩装置，包括连续激光器，连续激光器一侧的光路上依次设置有第一凸透镜、第一非线性晶体、第二凸透镜、第一滤光器、第一准直器、液晶空间光调制器、第二准直器、第三凸透镜、第二非线性晶体、第四凸透镜、第二滤光器、第五凸透镜、单光子探测器、光子计数器，其中，第一非线性晶体采用具有啁啾准相位匹配结构的非线性晶体。
本实用新型的特点还在于：
第二非线性晶体采用周期电极铌酸锂波导或周期电极磷酸氧钛钾晶体。
本实用新型的有益效果是：本实用新型提供了一种啁啾纠缠光子对的压缩装置，其压缩效果和传统相位补偿方案相同。但却克服了传统相位补偿方案中压缩结果受限于色散介质长度及色散高阶项、纠缠光子信号经色散介质时会出现损耗等缺陷。此外，该实用新型中压缩纠缠光子对的关键部分只需采用单个二元相位整形器件即可完成，操作简单，易实验实现。
附图说明
图1是本实用新型一种啁啾纠缠光子对的压缩装置的结构示意图。
图中，1.连续激光器，2.第一凸透镜，3.第一非线性晶体，4.第一滤光器，5.第一准直器，6.液晶空间光调制器，7.第二非线性晶体，8.单光子探测器，9.光子计数器，10.第二凸透镜，11.第二准直器，12.第三凸透镜，13.第四凸透镜，14.第二滤光器，15.第五凸透镜。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本实用新型进行详细说明。
本实用新型一种啁啾纠缠光子对的压缩装置，结构如图1所示，包括连续激光器1，连续激光器1一侧的光路上依次设置有第一凸透镜2、第一非线性晶体3、第二凸透镜10、第一滤光器4、第一准直器5、液晶空间光调制器LC-SLM(liquid crystal-spatial light modulator)6、第二准直器11、第三凸透镜12、第二非线性晶体7、第四凸透镜13、第二滤光器14、第五凸透镜15、单光子探测器8、光子计数器9。
其中，第一非线性晶体3采用啁啾准相位匹配非线性晶体，如周期电极磷酸氧钛钾晶体(C-PPKTP，chirped periodically poled potassium titanylphosphate)或啁啾周期电极化学计量钽酸锂晶体(C-PPSLT，chirpedperiodically poled stoichiometric lithium tantalate)等具有啁啾准相位匹配结构的非线性晶体。
第二非线性晶体7采用周期电极铌酸锂(PPLN，periodically poled lithiumniobate)波导或周期电极磷酸氧钛钾晶体(PPKTP，periodically poledpotassium titanyl phosphate)。
采用本实用新型一种啁啾纠缠光子对的压缩装置，具体步骤为：
采用如图1所述的装置，连续激光器1经第一凸透镜2聚焦后泵浦第一非线性晶体3(啁啾周期电极磷酸氧钛钾晶体)，经自发参量下转换(SPDC，spontaneous parametric down-conversion)过程产生超宽带的啁啾纠缠光子对，其中一个为信号光，另一个为闲散光。本实用新型涉及的啁啾纠缠光子对相位匹配为II型、频率简并且共线，即信号光和闲散光的偏振方向互相垂直、中心频率相同，且泵浦光和信号光、闲散光传输方向相同。产生的啁啾纠缠光子对光束经第二凸透镜10发散后进入第一滤光器4滤掉多余的高频泵浦光，之后经第一准直器5使啁啾纠缠光子对光束平行入射进入液晶空间光调制器(LC-SLM)6，根据菲涅尔二元相位整形的方法，利用LC-SLM6对产生的纠缠光谱中不同频率波带(频率分量)进行二元相位(0,π)整形，使得展开的纠缠光束频谱范围包含在液晶空间光调制器6中整形的区间范围内，整形后的纠缠光束经过第二准直器11使其平行入射进入第三凸透镜12聚焦纠缠光束，让聚焦的纠缠光束入射到第二非线性晶体(周期电极铌酸锂波导)7中，通过和频产生过程(SFG，sum-frequency generation)作为符合计数来探测最终结果，之后输出光束经第四凸透镜13发散后进入第二滤光器14滤掉多余的低频光波，之后再经过第五凸透镜15聚焦信号，将聚焦信号输入单光子探测器8中进行信号探测，探测到的信号再经过光子计数器9得到最终的结果，这一结果即表示由二阶关联函数表征的纠缠光子对间关联时间的压缩结果。
本实用新型装置的工作原理是：根据经典光学中的半波带法将产生的啁啾纠缠光子对的光谱分成许多菲涅尔频率波带，使得相邻两波带间的相位差为π。之后利用液晶空间光调制器在菲涅尔频率波带区间对纠缠光谱进行二元相位(0,π)整形，从而等效地在频率产生了一个菲涅尔波带透镜，利用这个菲涅尔透镜的“类透镜”效应完成了相位补偿功能，压缩了纠缠光子对的关联时间。
本实用新型一种啁啾纠缠光子对的压缩装置中压缩纠缠光子对的关键部分只需采用单个二元相位整形器件即可完成，结构简单，操作简单，易实验实现。
Claims (2)
1.一种啁啾纠缠光子对的压缩装置，其特征在于，包括连续激光器(1)，连续激光器(1)一侧的光路上依次设置有第一凸透镜(2)、第一非线性晶体(3)、第二凸透镜(10)、第一滤光器(4)、第一准直器(5)、液晶空间光调制器(6)、第二准直器(11)、第三凸透镜(12)、第二非线性晶体(7)、第四凸透镜(13)、第二滤光器(14)、第五凸透镜(15)、单光子探测器(8)、光子计数器(9)，其中，第一非线性晶体(3)采用具有啁啾准相位匹配结构的非线性晶体。
2.根据权利要求1所述的一种啁啾纠缠光子对的压缩装置，其特征在于，所述第二非线性晶体(7)采用周期电极铌酸锂波导或周期电极磷酸氧钛钾晶体。
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