CN213957807U - 一种基于共线bbo晶体的双纠缠光子对发生装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型提出一种基于共线BBO晶体的双纠缠光子对发生装置，其包括激光器、光隔离器、二向色镜、偏振分束器、以及萨格奈克环路。其中，二向色镜用于透射泵浦光和反射纠缠光子；偏振分束器用于将泵浦光分束成第一和第二泵浦光分量，并使他们同时沿不同方向进入萨格奈克环路；萨格奈克环路用于：使第一泵浦光分量发生90度偏振态翻转，进入共线BBO晶体生成第一对信号光和闲频光(第一对纠缠光子)并使其返回偏振分束器；使第二泵浦光分量进入共线BBO晶体生成第二对信号光和闲频光(第二对纠缠光子)并使其发生90度偏振态翻转后返回偏振分束器。由此，纠缠光子对中的信号光和闲频光将在偏振分束器处分离。
Description
技术领域
本实用新型涉及量子信息科学领域，具体涉及一种基于共线BBO晶体的双纠缠光子对发生装置。
背景技术
量子纠缠是量子信息科学中最为重要的一个课题，它的制备在实验上有许多方法，其中最为常用的就是利用非线性晶体的参量下转换方法。例如，申请号为201210114481.X的中国专利申请中就公开了一种典型的纠缠光子产生方案，如图1所示，在该产生方案中，波长为518nm的泵浦光经过光隔离器111、偏振控制器112、聚焦透镜113、双向色镜114后进入偏振分束器115，经偏振分束器115产生的水平偏振分量透射经第一反射镜116泵浦PPKTP晶体117，经偏振分束器115产生的垂直偏振分量经过半波片118后其偏振方向变成水平，再经第二反射镜119泵浦PPKTP晶体117，经过非线性过程，顺时针和逆时针方向分别产生波长为780nm和1550nm关联光子对，然后返回到偏振分束器115，最终从偏振分束器115出射波长780nm的光子，从双向色镜114出射波长为1550nm的光子，两光子是纠缠关系，由此产生纠缠光子对。
然而，现有技术中中无论是基于PPKTP晶体(如图1所示)或是PPLN波导的参量下转换过程产生的纠缠源，均成本昂贵，并且基于PPKTP晶体或PPLN波导的周期性极化需求，均有一定的器件长度限制，从而导致在光路调试和系统集成上有一定难度。
实用新型内容
针对这一问题，本实用新型提出一种基于共线BBO晶体的双纠缠光子对发生装置，其包括激光器、光隔离器、二向色镜、偏振分束器、以及萨格奈克环路；其中，
所述激光器用于产生泵浦光；
所述光隔离器设置在所述激光器与所述二向色镜之间；
所述二向色镜被设置成接收所述泵浦光并使其透射，以及接收所述纠缠光子并将其反射；
所述偏振分束器被设置用于将所述泵浦光分束成大小相同、偏振态彼此垂直的第一泵浦光分量和第二泵浦光分量，并使所述第一泵浦光分量和第二泵浦光分量同时沿不同方向进入所述萨格奈克环路；
所述萨格奈克环路被设置用于：使所述第一泵浦光分量发生90度偏振态翻转，进入共线BBO晶体基于自发参量下转换生成第一对信号光和闲频光，并使所述第一对信号光和闲频光在第一时间返回所述偏振分束器；以及，使所述第二泵浦光分量进入所述共线BBO晶体基于自发参量下转换生成第二对信号光和闲频光，并使所述第二对信号光和闲频光在发生90度偏振态翻转后于所述第一时间返回所述偏振分束器；
所述第一和第二对信号光和闲频光中的所述信号光和闲频光在所述偏振分束器处分离。
进一步地，该双纠缠光子对发生装置还可以包括第一偏振控制单元，所述第一偏振控制单元设置在所述激光器和所述二向色镜之间。
更进一步地，所述第一偏振控制单元为波片或偏振控制器，或者借助光轴旋转对准实现。
进一步地，所述萨格奈克环路包括第一反射单元、第二反射单元、第二偏振控制单元以及所述共线BBO晶体；
所述第一反射单元被设置用于将所述第一泵浦光分量反射进入所述共线BBO晶体，以及将所述第二对信号光和闲频光反射返回所述偏振分束器；
所述第二反射单元被设置用于将所述第二泵浦光分量反射进入所述共线BBO晶体，以及将所述第一对信号光和闲频光反射返回所述偏振分束器；
所述第二偏振控制单元被设置用于实现所述90度偏振态翻转。
更进一步地，所述第二偏振控制单元为波片或偏振控制器，或者借助光轴旋转对准实现。
更进一步地，所述第一反射单元为平面或凹面反射镜，以及/或者所述第二反射单元为平面或凹面反射镜。
可选地，所述泵浦光为连续光或者脉冲光。
进一步地，该双纠缠光子对发生装置还可以包括聚焦单元，用于在所述泵浦光进入所述共线BBO晶体之前对其进行聚焦。
更进一步地，所述聚焦单元为聚焦透镜；以及/或者，所述聚焦单元设置在所述二向色镜之前。
进一步地，该双纠缠光子对发生装置还可以包括相位调制器，用于对所述泵浦光的相位进行调制。
附图说明
下面结合附图对本实用新型的具体实施方式作进一步详细的说明。
为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需使用的附图作简单地介绍，显而易见，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，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来获得其他的附图。
图1示出了现有技术中的基于PPKTP晶体的双纠缠光子对发生装置；
图2示出了根据本实用新型的基于BBO晶体的双纠缠光子对发生装置的一种示例；
图3示出了根据本实用新型的基于BBO晶体的双纠缠光子对发生装置的另一种示例。
具体实施方式
在下文中，本实用新型的示例性实施例将参照附图来详细描述。下面的实施例以举例的方式提供，以便充分传达本实用新型的精神给本实用新型所属领域的技术人员。因此，本实用新型不限于本文公开的实施例。
在本实用新型中，提出了一种基于偏硼酸钡(BBO)晶体实现的双纠缠光子对发生装置，其中采用II型共线BBO晶体的自发参量下转换过程和Sagnac干涉环结构制备双光子极化纠缠源，用于生成具有第二波长的纠缠光子。
图2示出了根据本实用新型的基于BBO晶体的双纠缠光子对发生装置的一种示例。
如图2所示，双纠缠光子对发生装置可以包括泵浦光源1、第一偏振控制单元2、二向色镜3、偏振分束单元4、第一反射单元5、第二反射单元6、共线BBO晶体7、以及第二偏振控制单元8。其中，偏振分束单元4、第一反射单元5、第二反射单元6形成萨格奈克环路。
泵浦光源1用于产生泵浦光，其可以为连续光或者脉冲光。其中，泵浦光具有第一波长，其不同于第二波长。并且，在泵浦光源1之前还可以设置光隔离器，例如设于泵浦光源1与二向色镜3之间，用于对泵浦光源1提供保护。
第一偏振控制单元2用于接收由泵浦光源1产生的泵浦光，并对其偏振态进行调节，例如以便泵浦光在偏振分束单元4处能够被等分成偏振态彼此垂直的两个泵浦光分量。
作为示例，第一偏振控制单元2可以为波片或偏振控制器，也可以借助光轴旋转对准来实现。
二向色镜3设置在第一偏振控制单元2之后，且被设置成允许具有第一波长的泵浦光透射，而将具有第二波长的纠缠光子反射。
因此，经偏振态调节的泵浦光将从二向色镜3透射，到达偏振分束单元4。
如前所述，偏振分束单元4用于使泵浦光分束成大小相同、偏振态彼此垂直的第一泵浦光分量和第二泵浦光分量，例如泵浦光水平偏振分量和泵浦光垂直偏振分量。作为示例，偏振分束单元4可以为偏振分束器。
从偏振分束单元4的两个端口输出的泵浦光水平偏振分量和泵浦光垂直偏振分量同时进入萨格奈克环路中，并分别沿顺时针和逆时针方向在萨格奈克环路中传播。
如图2所示，在萨格奈克环路中还设置有第二偏振控制单元8，用于例如使泵浦光水平偏振分量的偏振态翻转90度后经第一反射单元5反射进入共线BBO晶体7，发生type-II型参量下转换过程|V＞p→|H＞s|V＞i，以一定概率生成第一对偏振方向彼此垂直的信号光和闲频光。泵浦光垂直偏振分量由第二反射单元6反射进入共线BBO晶体7，同样发生type-II型参量下转换过程|V＞p→|H＞s|V＞i，以一定概率生成第二对偏振方向彼此垂直的信号光和闲频光。本领域技术人员知晓，此时，第一对信号光和闲频光(即第一对纠缠光子)与第二对信号光和闲频光(即第二对纠缠光子)将完全相同。
沿顺时针生成的第一对信号光和闲频光由第二反射单元6反射返回偏振分束单元4；沿逆时针生成的第二对信号光和闲频光经第一反射单元5反射并经第二偏振控制单元8作用偏振态翻转90度后，与第一对信号光和闲频光同时返回偏振分束单元4。
此时，第一对信号光和闲频光中的信号光与第二对信号光和闲频光中的信号光将从偏振分束单元4的一个端口输出，例如在图2中从与光探测器10连接的端口输出，并将由光探测器10进行探测；第一对信号光和闲频光中的闲频光与第二对信号光和闲频光中的闲频光将从偏振分束单元4的另一个端口输出，例如图2中与二向色镜3连接的端口并借助二向色镜3朝向光探测器9输出，并将由光探测器9进行探测。本领域技术人员能够理解，第一对纠缠光子和第二对纠缠光子将完全相同，不能被光探测器所区分，由此实现双纠缠光子对的生成。
作为示例，第一和第二反射单元可以为平面或凹面反射镜。
作为示例，第二偏振控制单元8同样可以为波片或偏振控制器，也可以借助光轴旋转对准来实现。
在优选示例中，双纠缠光子对发生装置还可以包括聚焦单元，其用于在泵浦光进入共线BBO晶体7之前对其进行聚焦，从而增加入射共线BBO晶体7的泵浦光功率密度。例如在图3的示例中，聚焦单元11被设置在第一偏振控制单元2和二向色镜3之间。
作为示例，聚焦单元11可以为聚焦透镜。
进一步地，双纠缠光子对发生装置还可以包括相位调制器，用于对泵浦光的相位进行调制。
基于上述描述可知，在本实用新型所提出的双纠缠光子对发生装置中，通过利用共线BBO晶体代替PPKTP晶体，产生共线的信号光和闲频光，可以允许更为紧凑的光学结构，有利于纠缠光子源的小型化，同时提高了整体的光学稳定性，降低了系统成本及光路调制难度。
尽管前面结合附图通过具体实施例对本实用新型进行了说明，但是，本领域技术人员容易认识到，上述实施例仅仅是示例性的，用于说明本实用新型的原理，其并不会对本实用新型的范围造成限制，本领域技术人员可以对上述实施例进行各种组合、修改和等同替换，而不脱离本实用新型的精神和范围。
Claims (10)
1.一种基于共线BBO晶体的双纠缠光子对发生装置，其包括激光器、光隔离器、二向色镜、偏振分束器、以及萨格奈克环路；其中，
所述激光器用于产生泵浦光；
所述光隔离器设置在所述激光器与所述二向色镜之间；
所述二向色镜被设置成接收所述泵浦光并使其透射，以及接收所述纠缠光子并将其反射；
所述偏振分束器被设置用于将所述泵浦光分束成大小相同、偏振态彼此垂直的第一泵浦光分量和第二泵浦光分量，并使所述第一泵浦光分量和第二泵浦光分量同时沿不同方向进入所述萨格奈克环路；
所述萨格奈克环路被设置用于：使所述第一泵浦光分量发生90度偏振态翻转，进入共线BBO晶体基于自发参量下转换生成第一对信号光和闲频光，并使所述第一对信号光和闲频光在第一时间返回所述偏振分束器；以及，使所述第二泵浦光分量进入所述共线BBO晶体基于自发参量下转换生成第二对信号光和闲频光，并使所述第二对信号光和闲频光在发生90度偏振态翻转后于所述第一时间返回所述偏振分束器；
所述第一和第二对信号光和闲频光中的所述信号光和闲频光在所述偏振分束器处分离。
2.如权利要求1所述的双纠缠光子对发生装置，其还包括第一偏振控制单元，所述第一偏振控制单元设置在所述激光器和所述二向色镜之间。
3.如权利要求2所述的双纠缠光子对发生装置，其中，所述第一偏振控制单元为波片或偏振控制器，或者借助光轴旋转对准实现。
4.如权利要求1所述的双纠缠光子对发生装置，其中，所述萨格奈克环路包括第一反射单元、第二反射单元、第二偏振控制单元以及所述共线BBO晶体；
所述第一反射单元被设置用于将所述第一泵浦光分量反射进入所述共线BBO晶体，以及将所述第二对信号光和闲频光反射返回所述偏振分束器；
所述第二反射单元被设置用于将所述第二泵浦光分量反射进入所述共线BBO晶体，以及将所述第一对信号光和闲频光反射返回所述偏振分束器；
所述第二偏振控制单元被设置用于实现所述90度偏振态翻转。
5.如权利要求4所述的双纠缠光子对发生装置，其中，所述第二偏振控制单元为波片或偏振控制器，或者借助光轴旋转对准实现。
6.如权利要求4所述的双纠缠光子对发生装置，其中，所述第一反射单元为平面或凹面反射镜，以及/或者所述第二反射单元为平面或凹面反射镜。
7.如权利要求1所述的双纠缠光子对发生装置，其中，所述泵浦光为连续光或者脉冲光。
8.如权利要求1-7中任一项所述的双纠缠光子对发生装置，其还包括聚焦单元，用于在所述泵浦光进入所述共线BBO晶体之前对其进行聚焦。
9.如权利要求8所述的双纠缠光子对发生装置，其中，所述聚焦单元为聚焦透镜；以及/或者，所述聚焦单元设置在所述二向色镜之前。
10.如权利要求1-7中任一项所述的双纠缠光子对发生装置，其还包括相位调制器，用于对所述泵浦光的相位进行调制。
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Cited By (1)
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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 |
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2021
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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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