CN210534498U - 微集成高亮度纠缠源系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种微集成高亮度纠缠源系统，包括硬质盒体、泵浦光波长器件、双波长器件、参量光波段器件和非线性晶体；泵浦光波长器件包括光纤准直器OCA、半波片HWPA、1/4波片QWPA；双波长器件包括双色镜DM、偏振分束器DPBS、双波长半波片DHWP、反射镜DR1、反射镜DR2、透镜DLens1、透镜DLens2；参量光波段器件有滤波片IF1、滤波片IF2、准直器OCB1和准直器OCB2；泵浦光波长器件、双波长器件和参量光波段器件内的各器件的底面以及和非线性晶体的底面均粘合固定安装在硬质盒体的底面上，并且泵浦光波长器件、双波长器件、参量光波段器件和非线性晶体的通光面均与硬质盒体的底面垂直。本实用新型尺寸大幅度缩小，便于携带，提高了系统抗环境震动的能力。

Description

微集成高亮度纠缠源系统

技术领域

本实用新型涉及一种量子通信领域的基于空间光学元件的商业化或者实验室的PPKTP纠缠源设备，尤其涉及一种微集成高亮度纠缠源系统。

背景技术

量子纠缠作为量子信息科学特有而奇妙的特性，直观反映了量子理论的本质：或然性和空间非定域性。纠缠源作为一种基础物理资源，在量子保密通信、量子精密测量和量子计算等应用领域发挥巨大作用，是重要的核心资源。目前，基于空间光学元件的商业化或者实验室的PPKTP纠缠源设备，一般均是采用的固定方式是先将光学元件安装入光学镜架，然后将光学镜架安装并固定在合适位置。这种产品形态的设备存在三个缺点：一是由于一般镜架体积大，导致系统整体体积较大(300*300*150mm)；二是系统光斑尺寸较小(<3mm)，无需大尺寸光学元件，使用大尺寸元件浪费物料；三是此类产品均采用螺丝固定，在运输等有震动的条件下，螺丝会发生松动，导致器件松动甚至脱落，光路不再准直，系统无法工作。

实用新型内容

本实用新型的目的是针对上述现有技术的缺陷，提供一种微集成高亮度纠缠源系统，本微集成高亮度纠缠源系统尺寸大幅度缩小，至少可以缩小到原来体积的1/10，便于携带，同时，镜片固定工艺牢固，提高了系统抗环境震动的能力。

为实现上述技术目的，本实用新型采取的技术方案为：微集成高亮度纠缠源系统，包括硬质盒体、泵浦光波长器件、双波长器件、参量光波段器件和非线性晶体；所述泵浦光波长器件包括光纤准直器OCA、半波片HWPA、1/4波片QWPA；所述双波长器件包括双色镜DM、偏振分束器DPBS、双波长半波片 DHWP、反射镜DR1、反射镜DR2、透镜DLens1、透镜DLens2；所述参量光波段器件有滤波片IF1、滤波片IF2、准直器OCB1和准直器OCB2；光纤准直器OCA、准直器OCB1、准直器OCB2分别穿过硬质盒体上的圆孔；

其特征在于：所述光纤准直器OCA、半波片HWPA、1/4波片QWPA、双色镜DM，偏振分束器DPBS，双波长半波片DHWP、反射镜DR1、反射镜DR2、透镜DLens1、透镜DLens2、滤波片IF1、滤波片IF2、准直器OCB1和准直器 OCB2和非线性晶体的底面均粘合固定安装在硬质盒体的底面上，并且泵浦光波长器件、双波长器件、参量光波段器件和非线性晶体的通光面均与硬质盒体的底面垂直。

进一步的，所述光纤准直器OCA、半波片HWPA、1/4波片QWPA、双色镜DM、偏振分束器DPBS，双波长半波片DHWP、反射镜DR1、反射镜DR2、透镜DLens1、透镜DLens2、滤波片IF1、滤波片IF2、准直器OCB1、准直器 OCB2和非线性晶体的底面通过光学胶水或者共晶工艺固定在硬质盒体的底面上。

进一步的，非线性晶体为PPKTP晶体。

进一步的，PPKTP晶体通过温控台面固定在硬质盒体的底面上。

本实用新型外观形态为一个硬质盒体。盒体结构允许根据需求设计加工，如打孔、加工局部结构等。硬质盒体材质可以是金属或陶瓷等不易碎材质。本系统包含的泵浦光波长器件有：光纤准直器OCA，半波片HWPA，1/4波片QWPA。本系统所含有双波长器件有：双色镜DM，偏振分束器DPBS，双波长半波片DHWP，反射镜DR1，DR2，透镜DLens1，DLens2。本系统所含有参量光波段器件有：滤波片IF1，IF2和准直器OCB1、OCB2。系统所含有非线性晶体为PPKTP晶体。特殊形状光学元件允许辅以固定底座增强固定效果。所有光学元件通光面与底板垂直。所述光学元件均通过光学胶水或者共晶等工艺固定在底板上。所述OCA可以将系统外激光通过光纤导入本模块，用作系统的泵浦光源。半波片HWPA用以将泵浦光源偏振方向调制设定方向。1/4波片QWPA 用以调节o光和e光的相位差。双色镜DM用以反射泵浦波长，并透射参量光波长光子。双色偏振分束器DPBS用以透射水平偏振光，反射竖直偏振光。双波长DHWP用以对两个波长光子偏振态调整。反射镜DR1，DR2用以实现光束传输方向转折。透镜DLens1，DLens2用以实现光束由平行转聚焦和由聚焦转平行。滤波片IF1，IF2用以滤出空间杂散光和剩余泵浦光，确保只有参量光进入光纤准直器，可以是窄带带通或者长通滤波片。准直器OCB1、OCB2用以将纠缠光子对从空间分布耦合进入光纤，进而输出进行测量或者直接输出使用。同时准直器OCB1、OCB2也可以选择焦距可调或者固定。PPKTP晶体用以实现参量下转换过程，产生共线传输的纠缠光子对。所述光学元件均免除镜架安装。所述光学元件边沿与底板接触，并按顺序依次固定在底板上。特殊形状光学元件允许辅以固定底座增强固定效果。所有光学元件通光面与底板垂直。所述光学元件均通过光学胶水或者共晶等工艺固定在底板上。

所有器件中心高度等高，高度为mm量级，优选1-10mm。所有光学元件通光面尺寸根据入射光束光斑大小变化，略大于光斑尺寸，一般在3-5mm量级。所述光学元件HWPA，QWP，DHWP，DM，DR1，DR2，DLens1，DLens2，IF1，IF2等镜片为方形薄片状，边长均控制在mm量级，优选3-5mm。上述方形薄片状镜片也可以设计成圆形、切边圆形、或者其他多边形镜片，直径(边长)控制在mm量级，优选3-5mm。

所述块状光学元件如DPBS等边长控制在mm量级，优选3-5mm。光学元件间距，除了透镜关联器件，其他器件可以密接，或保留1-3mm量级间距。所涉及OCA，HWPA，QWPA，DM器件中心共线，顺次放置，DM镜面法线与器件中心连线呈45°夹角，相邻放置器件的两个相邻通光面间距mm量级，优选1-5mm。

所述DPBS共有四个端口，相邻端口互相垂直。DPBS端口1与端口3所连接光路共线，端口2与端口4所连接光路共线。DPBS端口1所在光路上依次置有透镜DLens1、DR1，透镜DLens1与DPBS相邻面间距mm量级，优选1-5mm。 DPBS端口2所在光路上依次置有透镜DLens2、DHWP、DR2，透镜DLens2与 DPBS相邻面间距mm量级，透镜DLens2与DHWP相邻面间距mm量级，优选1-5mm。DR1和DR2分别置于DPBS端口1、端口2所在光路顶点上。DR1 中心与DPBS的1端口连线与DR镜面法线夹角为22.5°。DR2中心与DPBS 的2端口连线与DR镜面法线夹角为22.5°。DPBS，DR1，DR2中心连线构成等腰直角三角形，直角边与斜边夹角为45°。DLens1，DLens2焦距相同，二者共焦，非线性晶体PPKTP置于共焦焦点处。直角边与斜边长度根据DLens1， DLens2焦距确定。DPBS端口3所连接光路上有DM、IF1和OCB1，三个器件中心共线，顺次放置，相邻通光面间距mm量级，优选1-5mm。DM和OCB1 器件中心连线与OCA与DM中心连线垂直。DPBS端口4所连接光路上有IF2 和OCB2，两者中心共线，相邻通光面间距mm量级，优选1-5mm。同一直线光路上，所涉及器件中心共线。所述光学元件在系统中的数量根据功能需求可变更。

所述光学元件允许满足相同功能的同类产品替换。所述光学元件尺寸允许根据光束参数变更。所述光学元件间距离允许根据器件参数变更。根据功能需求，系统可以增加偏振分析元件实现纠缠测量。在实现功能前提下，允许系统内器件前后位置自由组合。在实现功能前提下，允许增加反射镜等常规器件改变光路走向。本纠缠源支持扩展获得四个最大纠缠态：在纠缠产生模块中增加一个四分之一波片，补偿o光和e光相位差，在收集模块中加入半波片，将H、 V偏振置换，从而获得HH±VV态、HV±VH态。

本实用新型免除安装镜片所需光学镜架，同时将元件尺寸减小，控制在mm 量级，基于光胶或者共晶等工艺，将小尺寸光学元件直接粘合在底板上，从而实现纠缠源尺寸大幅度缩小，至少可以缩小到原来体积的1/10，便于携带，同时，镜片固定工艺牢固，提高了系统抗环境震动的能力。

附图说明

图1位本实用新型的结构示意图。

图2为本实用新型实施例1的光路结构示意图。

图3为本实用新型实施例2的光路结构示意图。

具体实施方式

实施例1

参见图1和图2，本微集成高亮度纠缠源系统包括硬质盒体、泵浦光波长器件、双波长器件、参量光波段器件和非线性晶体；所述泵浦光波长器件包括光纤准直器OCA、半波片HWPA、1/4波片QWPA；所述双波长器件包括双色镜DM、偏振分束器DPBS、双波长半波片DHWP、反射镜DR1、反射镜DR2、透镜DLens1、透镜DLens2；所述参量光波段器件有滤波片IF1、滤波片IF2、准直器OCB1和准直器OCB2；光纤准直器OCA、准直器OCB1、准直器OCB2 分别穿过硬质盒体上的圆孔；所述光纤准直器OCA、半波片HWPA、1/4波片 QWPA、双色镜DM，偏振分束器DPBS，双波长半波片DHWP、反射镜DR1、反射镜DR2、透镜DLens1、透镜DLens2、滤波片IF1、滤波片IF2、准直器OCB1 和准直器OCB2和非线性晶体的底面均粘合固定安装在硬质盒体的底面上，并且泵浦光波长器件、双波长器件、参量光波段器件和非线性晶体的通光面均与硬质盒体的底面垂直。进一步的，所述光纤准直器OCA、半波片HWPA、1/4 波片QWPA、双色镜DM、偏振分束器DPBS，双波长半波片DHWP、反射镜 DR1、反射镜DR2、透镜DLens1、透镜DLens2、滤波片IF1、滤波片IF2、准直器OCB1、准直器OCB2和非线性晶体的底面通过光学胶水或者共晶工艺固定在硬质盒体的底面上。非线性晶体为PPKTP晶体，PPKTP晶体通过温控台面固定在硬质盒体的底面上，温控台面作为固定底座，以增强固定效果。

本实施例1的外观形态为一个硬质盒体。盒体底板为不易碎的陶瓷材质。侧面及顶部为铝合金金属材质。盒体尺寸100*100*20mm。盒体正面及相邻两个侧面上各有一个圆孔。分别对应盒体内的三个准直器的光纤接头输出。盒体正面顶部，留有一线缆槽孔，用以连接盒体内的非线性晶体温控装置。本系统包含的泵浦光波长器件有：光纤准直器OCA，半波片HWPA，1/4波片QWPA。本系统所含有双波长器件有：双色镜DM，偏振分束器DPBS，双波长半波片 DHWP，反射镜DR1，DR2，透镜DLens1，DLens2。本系统所含有参量光波段器件有：滤波片IF1，IF2和准直器OCB1、OCB2。系统所含有非线性晶体为PPKTP晶体。所述OCA可以将系统外激光通过光纤导入本模块，用作系统的泵浦光源。半波片HWPA用以将泵浦光源偏振方向调至45°偏振。1/4波片QWPA 用以调节o光和e光的相位差。双色镜DM用以反射泵浦波长，并透射参量光波长光子。双色偏振分束器DPBS用以透射水平偏振光，反射竖直偏振光。双波长DHWP用以对两个波长光子偏振态调整。反射镜DR1，DR2用以实现光束传输方向转折。透镜DLens1，DLens2用以实现光束由平行转聚焦和由聚焦转平行。滤波片IF1，IF2用以滤出空间杂散光和剩余泵浦光，确保只有参量光进入光纤准直器，可以是窄带带通或者长通滤波片。准直器OCB1、OCB2用以将纠缠光子对从空间分布耦合进入光纤，进而输出进行测量或者直接输出使用。同时准直器OCB1、OCB2也可以选择焦距可调或者固定。PPKTP晶体用以实现参量下转换过程，产生共线传输的纠缠光子对。

所述光学元件均免除镜架安装。所述光学元件边沿与底板接触，并按顺序依次固定在底板上。所有光学元件通光面与底板垂直。所述光学元件均通过光学胶水或者共晶等工艺固定在底板上。特殊形状光学元件允许辅以固定底座增强固定效果。所有器件中心高度等高，距离底板底部高度为5mm。所有光学元件通光面尺寸根据入射光束光斑大小变化，略大于光斑尺寸，一般在3-5mm量级。所述光学元件HWPA，QWP，DHWP，DM，DR1，DR2，DLens1，DLens2， IF1，IF2等镜片为方形薄片状，边长均为5mm，厚度约1mm。上述方形薄片状镜片也可以设计成圆形或切边圆形镜片，直径控制在mm量级，优选3-5mm。

上述方形薄片状镜片也可以设计成多边形镜片，直径控制在mm量级，优选3-5mm。所述块状光学元件如DPBS体积为5*5*5mm。PPKTP晶体尺寸 1*2*20mm。系统入射光束光斑直径约1mm。所述OCA，OCB1，OCB2为直径11mm圆柱体，通过一个圆弧状底座固定在底板上，圆弧状底座用以增加粘合面积。所涉及OCA，HWPA，QWPA，DM器件中心共线，顺次放置，DM镜面法线与器件中心连线呈45°夹角，相邻放置器件的两个相邻通光面间距为5mm。所述DPBS共有四个端口，相邻端口互相垂直。DPBS端口1与端口3所连接光路共线，端口2与端口4所连接光路共线。DPBS端口1所在光路上置有透镜 DLens1、DR1，透镜DLens1与DPBS相邻面间距3mm。DPBS端口2所在光路上置有透镜DLens2、DHWP、DR2，透镜DLens2与DPBS相邻面间距mm量级，透镜DLens2与DHWP相邻面间距3mm。DR1和DR2分别置于DPBS端口1、端口2所在光路顶点上。DR1中心与DPBS的1端口连线与DR镜面法线夹角为22.5°。

DR2中心与DPBS的2端口连线与DR镜面法线夹角为22.5°。DPBS，DR1， DR2中心连线构成等腰直角三角形，直角边与斜边夹角为45°。DLens1，DLens2 焦距同为50mm，二者共焦，非线性晶体PPKTP置于聚焦透镜焦点处。DPBS 端口3所连接光路上有DM、IF1和OCB1，三个器件中心共线，顺次放置，相邻通光面间距3mm。DM和OCB1中心连线与DM和OCA中心连线互相垂直。 DPBS端口4所连接光路上有IF2和OCB2，两者中心共线，相邻通光面间距5mm。所述光学元件在系统中的数量根据功能需求可变更。

所述光学元件允许满足相同功能的同类产品替换。所述光学元件尺寸允许根据光束参数变更。所述光学元件间距离允许根据器件参数变更。根据功能需求，系统可以增加偏振分析元件实现纠缠测量。在实现功能前提下，允许系统内器件前后位置自由组合。在实现功能前提下，允许增加反射镜等常规器件改变光路走向。本纠缠源支持扩展获得四个最大纠缠态：在纠缠产生模块中增加四分之一波片，补偿o光和e光相位差，在收集模块中加入半波片，将H、V偏振置换，从而获得HH±VV态、HV±VH态。实用新型的保护范围包括但不限于以上实施方式，本实用新型的保护范围以权利要求书为准，任何对本技术做出的本领域的技术人员容易想到的替换、变形、改进均落入本实用新型的保护范围。

实施例2

参见图3，本实施例2中与实施例1不同之处在于：在PBS的端口1和端口2构成的等腰直角三角形光路的斜边上，使用同参数的抛物面镜PM1和PM2。由于PM1、PM2具有反射和聚焦的作用，固可以取代实施例一中的具有反射功能的DR1和DR2和用以实现聚焦功能的DLens1和Dlens2。PPKTP仍然置于斜边上，处于PM1和PM2共焦的焦点位置。其他与实施例1相同，不再详述。

Claims (4)

1.一种微集成高亮度纠缠源系统，包括硬质盒体、泵浦光波长器件、双波长器件、参量光波段器件和非线性晶体；所述泵浦光波长器件包括光纤准直器OCA、半波片HWPA、1/4波片QWPA；所述双波长器件包括双色镜DM、偏振分束器DPBS、双波长半波片DHWP、反射镜DR1、反射镜DR2、透镜DLens1、透镜DLens2；所述参量光波段器件有滤波片IF1、滤波片IF2、准直器OCB1和准直器OCB2；光纤准直器OCA、准直器OCB1、准直器OCB2分别穿过硬质盒体上的圆孔；

其特征在于：所述光纤准直器OCA、半波片HWPA、1/4波片QWPA、双色镜DM，偏振分束器DPBS，双波长半波片DHWP、反射镜DR1、反射镜DR2、透镜DLens1、透镜DLens2、滤波片IF1、滤波片IF2、准直器OCB1和准直器OCB2和非线性晶体的底面均粘合固定安装在硬质盒体的底面上，并且泵浦光波长器件、双波长器件、参量光波段器件和非线性晶体的通光面均与硬质盒体的底面垂直。

2.根据权利要求1所述的微集成高亮度纠缠源系统，其特征在于：所述光纤准直器OCA、半波片HWPA、1/4波片QWPA、双色镜DM、偏振分束器DPBS，双波长半波片DHWP、反射镜DR1、反射镜DR2、透镜DLens1、透镜DLens2、滤波片IF1、滤波片IF2、准直器OCB1、准直器OCB2和非线性晶体的底面通过光学胶水或者共晶工艺固定在硬质盒体的底面上。

3.根据权利要求1所述的微集成高亮度纠缠源系统，其特征在于：非线性晶体为PPKTP晶体。

4.根据权利要求1所述的微集成高亮度纠缠源系统，其特征在于：PPKTP晶体通过温控台面固定在硬质盒体的底面上。

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