RU2807972C1 - Способ генерации перепутанных узкополосных состояний света и устройство для его осуществления - Google Patents

Abstract

Изобретение относится к области квантовых информационных технологий. При создании внутрирезонаторного режима спонтанного параметрического рассеяния, которое осуществляют с помощью оптического резонатора, состоящего из двух зеркал с высоким коэффициентом отражения для сигнальных фотонов и высоким коэффициентом пропускания для холостых фотонов и фотонов накачки, внутрь резонатора помещают два термостабилизированных нелинейных кристалла, оптические оси которых перпендикулярны друг другу, лазерным излучением с линейной поляризацией под углом 45 градусов к обоим кристаллам дополнительно стабилизируют длину волны сигнального фотона, регулярно измеряя длину волны излучения юстировочного лазера, проходящего по тому же оптическому пути, что и сигнальный фотон, и корректируя длину резонатора в случае отклонения длины волны юстировочного лазера от заданной длины волны сигнального фотона. Технический результат - повышение эффективности отражения и пропускания, что приводит к получению заданной спектральной ширины фотонов. 2 н. и 9 з.п. ф-лы, 1 ил.

Description

Группа изобретений относится к области квантовых информационных технологий, где в качестве носителя информации используются элементарные частицы света - фотоны, а именно к способу внутрирезонаторной генерации перепутанных узкополосных состояний света в режиме спонтанного параметрического рассеяния света в нелинейных кристаллах, позволяющему получить невырожденные по частоте пары фотонов с перепутыванием по параметру поляризации, и устройству для его осуществления. Заявляемые изобретения могут быть использованы в криптографических системах защиты информации с недоверенными узлами, которые функционируют на основе протокола квантовой телепортации и использованием твердотельной квантовой памяти.

Одиночные фотоны являются идеальными носителями квантовой информации они движутся со скоростью света и имеют несколько степеней свободы. Основным методом генерации однофотонных состояний является спонтанное параметрическое рассеяние (СПР) света, предсказанное Д.Н. Клышко в 1966 году. Однофотонные состояния на длинах волн соответствующим «окнам прозрачности» атмосферы, можно эффективно получать в процессе спонтанного параметрического рассеяния (СПР) света. В основе работы однофотонных источников на основе спонтанного параметрического рассеяния (СПР) лежит корреляция чисел фотонов в модах рассеянного поля. Детектирование одного из фотонов в паре (скажем, холостого) однозначно говорит о наличии второго фотона (сигнального), поэтому такие источники называются источниками с оповещением (heralded source). Поскольку реальная эффективность оповещающего детектора меньше 100%, отсутствие фотоотсчета не означает отсутствия сигнального фотона. Чтобы избавиться от таких неконтролируемых вкладов в выходное поле источника, на пути сигнального фотона можно поставить затвор, который будет открываться только по сигналу детектора (т.е. при наличии триггерного импульса). Основными достоинствами источников на основе СПР являются возможность генерации фотонов в широком диапазоне частот, возможность генерации чистых квантовых состояний (спектрально ограниченных импульсов) при комнатных температурах, возможность приготовления однофотонных импульсов различной длительности и временной формы.

Типичные значения спектральной ширины бифотонных полей, создаваемых в нелинейных кристаллах или волноводах это сотни ГГц. Однако для записи и воспроизведения одиночных фотонов в устройствах квантовой памяти требуется спектральная ширина порядка 10 МГц - 100 МГц, если речь идет о квантовой памяти на основе примесных кристаллов, активированных редкоземельными ионами. В этом направлении перспективно использование внутрирезонаторного режима генерации спонтанного параметрического рассеяния, что позволяет сузить спектр генерации до десятков МГц и меньше, одновременно повышая спектральную яркость источника. Кроме того, использование резонатора позволяет реализовать управление временной формой однофотонных импульсов за счет модуляции импульсов накачки, что обеспечивает наибольшую эффективность условного приготовления фотонов. Внутри резонатора скорость генерации бифотонов возрастает пропорциональна резкости резонатора, и спектральная ширина бифотоного поля может быть достигнута до нескольких МГц. Эти особенности делают однофотонные источники на основе СПР одними из наиболее перспективных на сегодняшний день.

Для приложений квантовой памяти сгенерированный сигнал СПР должен быть совместим с атомным переходом как по частоте, так и по ширине линии. Это достигается в два этапа. Во-первых, перестраиваемый эталонный лазер синхронизируется с целевой линией перехода, а во-вторых, длина резонатора синхронизируется с оптимальным пропусканием эталонного лазера через резонатор.

В патенте (US 10331012 B2, 25.06.2019) описаны способ и устройство для генерации узкополосных однофотонных и многофотонных состояний с большой длиной когерентности, где используется оптический резонатор, в который помещены 2 кристалла. В одном варианте осуществления изобретения второй кристалл является периодически модулированным, а первый является затравочным кристаллом, который может быть простым двулучепреломляющим кристаллом без какой-либо электрической настройки двулучепреломления. Недостаток в этом случае состоит в том, что невозможно точно настроить свойства оптического резонатора и, следовательно, динамически адаптировать схему выбора режима. В изобретении по второму варианту первый кристалл является периодически модулированным, в этом случае возникает другая сложность, связанная с разным показателем преломления, что приводит к разным оптическим путям в оптическом резонаторе и, таким образом, к разным свободным спектральным диапазонам для частотных мод с соответствующей поляризацией. Это является еще одним минусом системы.

В патенте (CN 111487784 В, 15.06.2021) раскрыты способ и устройство подготовки источника узкополосной поляризационной запутанности, где используется оптический кольцевой резонатор, в который помещен поляризационный светоделитель для создания перепутывания по поляризации. В процессе обратного распространения сигнальный и холостой фотон распространяются в противоположных направлениях и их фазовое рассогласование велико. Соответствующий период модуляции поляризационно-периодического кристалла должен иметь значение порядка длины волны, чтобы удовлетворять фазовому согласованию. В изобретении новаторски предлагается использование сверхмалой периодической поляризации. Кристалл используется в качестве кристалла преобразования частоты, а источник запутывания поляризации обратного распространения реализован экспериментально. Основная техническая проблема настоящего изобретения заключается в необходимости изготовления кристалла, который не производится коммерческими предприятиями, - со сверхкоротким периодом посредством расчета длины волны, чтобы удовлетворить процессу обратного согласования.

В (CN 104965373 А 07.10.2015) представлены 2 варианта узкополосного источника перепутанных состояний в невырожденном режиме. Первый вариант включает в себя использование одного нелинейного кристалла для получения резонанса на одной частоте, во втором варианте используется 2 кристалла для получения резонанса на двух частотах, что ближе к заявляемому изобретению, и выбрано заявителем в качестве прототипа.

Для генерации однофотонных состояний в режиме спонтанного параметрического используются периодически поляризованные кристаллы, такие как РРКТР, помещенные в оптический резонатор, состоящий из двух зеркал, имеющих высокие коэффициенты отражения для длины волны сигнального фотона и высокие коэффициенты пропускания для длины волны холостого фотона и фотона лазерной накачки. Оптические оси двух нелинейных кристаллов перпендикулярны друг другу. Источник состоит из двух резонаторов, первый резонатор состоит из двух противоположно расположенных зеркал 1 и 2, и двух нелинейных кристаллов, расположенных между зеркалами. Второй резонатор состоит из зеркал 1 и 3 и расположенным между кристаллами и зеркалом 2 деформированным зеркалом или решеткой, или призмой, для отвода излучения (ДЗ). В качестве отведения света может использоваться деформированное зеркало или решетка, или призма (ДЗ). В резонатор помещают ДЗ приблизительно под углом 0° до 20° к главной оптической оси с пропусканием более 99% для света с длиной волны λ1 и коэффициентом отражения более 99% для света λ2. Зеркала покрыты высокоотражающей пленкой, зеркала 1, 2 и 3 имеют коэффициент отражения более 99% для обоих типов света, а коэффициент отражения переднего зеркала выше, чем у заднего. В резонаторе используется клин для регулировки фазы для компенсации двойного резонанса.

Недостатком такой системы является: необходимость более точного контроля температуры кристаллов с точностью не менее 0.001 градуса, что осложняет процесс технологически и ставит под вопрос возможность его технической реализации; в первый резонатор помещено ДЗ для отвода излучения, такой элемент будет вносить искажения для резонанса первой моды резонатора, что негативно скажется на ее ширине; клиновидный элемент помещается после первого резонатора для компенсации фазы между двумя рожденными фотонами с поляризациями Н и V, это тоже усложняет процесс согласования; отражение выше 99% достигается с помощью эффекта деструктивной интерференции, при этом существует зависимость угла падения на оптический элемент от эффективности отражения. Таким образом, при изменении угла 0° до 20° оптического элемента ДЗ, будет существенно изменяться эффективность отражения и пропускания, что негативно скажется на спектральной ширине фотонов.

Техническая проблема, на решение которой направлены заявляемые изобретения, состоит в расширении арсенала способов и устройств генерации перепутанных узкополосных состояний света, которые могут быть использованы в квантовой памяти, лишенных недостатков аналогов.

Техническим результатом, обеспечиваемым изобретениями, является регулярный мониторинг спектральных характеристик фотонов при генерации перепутанных узкополосных состояний света, что позволяет быстро и точно осуществить корректировку как температуры кристаллов, так и длины резонатора для повышения эффективности отражения и пропускания, что приводит к получению необходимой спектральной ширины фотонов без искажений.

Техническая проблема решается, и технический результат достигается предлагаемым способом генерации перепутанных узкополосных состояний света с использованием внутрирезонаторного режима генерации спонтанного параметрического рассеяния, включающий в себя последовательно осуществляемые

генерацию реперного излучения на целевой длине волны, при которой в нелинейной среде возникает явление спонтанного параметрического рассеяния в невырожденном по частоте, 0-типе синхронизма,

накачку для создания внутрирезонаторного режима спонтанного параметрического рассеяния, реализованного с помощью температурно-стабилизированного оптического резонатора, нелинейной среды, в качестве которой используют два помещенные в оптический резонатор нелинейных кристалла, оптические оси которых перпендикулярны друг другу, лазерным излучением с линейной поляризацией под углом 45 градусов к обоим кристаллам на длине волны, при которой в нелинейной среде возникает явление спонтанного параметрического рассеяния в невырожденном по частоте, 0-типе синхронизма,

подавление излучения накачки,

разделение потоков сигнальных и холостых фотонов,

фильтрацию сигнального излучения для отсечения излучения сигнальных фотонов на длинах волн, отличающихся от заданной,

регистрацию сигнального и холостого излучения однофотонными детекторами,

при этом особенности заявляемого способа состоят в том, что внутрирезонаторный режим спонтанного параметрического рассеяния осуществляют с помощью оптического резонатора, состоящего из двух зеркал с высоким коэффициентом отражения для сигнальных фотонов и высоким коэффициентом пропускания для холостых фотонов и фотонов накачки,

дополнительно осуществляют стабилизацию длины волны сигнального фотона с помощью измерения длины волны, близкой к заданной длине волны сигнального фотона, излучения юстировочного лазера, проходящего по тому же оптическому пути что и сигнальный фотон, при этом реализована возможность разделения излучения лазера и сигнального излучения, и корректировке длины резонатора в случае отклонения длины волны юстировочного лазера от заданной длины волны сигнального фотона.

Стабилизацию нелинейных кристаллов по температуре осуществляют с точностью 0,01 градус Цельсия.

Фильтрацию сигнального излучения с помощью набора эталонов Фабри-Перо.

Возможность разделения излучения лазера и сигнального излучения реализована с помощью оптического прерывателя, установленного одновременно на выходе излучения юстировочного лазера и на выходе сигнальных фотонов.

Корректировку длины резонатора в случае отклонения длины волны юстировочного лазера от заданной длины волны сигнального фотона осуществляют за счет возможности перемещения выходного зеркала оптического резонатора, например, путем его размещения на линейном пьезотрансляторе.

Предпочтительно, чтобы заведение в оптический резонатор и выведение из него излучения осуществлялось с помощью фокусирующих линз.

Также техническая проблема решается, и технический результат достигается предлагаемым устройством генерации перепутанных узкополосных состояний света, включающим в себя оптически связанные между собой и последовательно расположенные на оптической оси

лазер накачки,

поляризатор лазерного излучения,

оптический резонатор, состоящий из входного и выходного резонаторных зеркал, в который помещены два термически стабилизированных одинаковых нелинейных кристалла, оптические оси которых повернуты на 90 градусов друг относительно друга для создания перепутанных по поляризации состояний,

фильтр отсечения излучения накачки,

разделитель сигнальных и холостых фотонов,

фильтр отсечения излучения сигнальных фотонов на длинах волн, отличающихся от заданной,

при этом особенности заявляемого устройства состоят в том, что

входное и выходное зеркала резонатора имеют высокие коэффициенты отражения на длине волны сигнального фотона и высокие коэффициенты пропускания на длине волны лазерной накачки и холостого фотона,

устройство дополнительно содержит систему стабилизации длины волны сигнального фотона, включающую юстировочный лазер, систему направляющих излучение юстировочного лазера элементов, измерителя длины волны и оптического прерывателя, установленного одновременно на выходе излучения юстировочного лазера и на выходе сигнальных фотонов, при этом система направляющих излучение юстировочного лазера элементов включает зеркало, которое заводит излучение юстировочного лазера в зеркало, находящееся на оптической оси перед входом в оптический резонатор, и светоделитель, расположенный перед выходом сигнальных фотонов и оптически связанный с измерителем длины волны, а оптический резонатор выполнен с возможностью изменения его длины.

Возможность изменения длины оптического резонатора реализована за счет возможности перемещения выходного зеркала оптического резонатора, например, за счет его размещения на линейном пьезотрансляторе.

Фильтр отсечения излучения сигнальных фотонов на длинах волн, отличающихся от заданной, представляет собой набор эталонов Фабри-Перо.

Нелинейные кристаллы термически стабилизируют термостабилизирующим устройством с точностью 0,01 градус Цельсия.

Предпочтительно на оптической оси до и после оптического резонатора располагают фокусирующие линзы.

Изобретения реализуются следующим образом.

Способ осуществляют на устройстве, оптическая схема которого представлена на фигуре. Устройство состоит из оптически связанных между собой и последовательно расположенных на оптической оси: лазера 1 накачки; полуволновой фазовой пластинки 2 лазерного излучения, дихроичного зеркала 3, расположенного к оптической оси под углом 45 градусов, фокусирующей линзы 4; входного резонаторного зеркала 5; системы нелинейных кристаллов 6, угол между оптическими осями которых составляет 90 градусов, выходного резонаторного зеркала 7, линзы 8, фильтра 9, подавляющего излучение лазера 1 накачки, дихроичного зеркала 10, расположенного к оптической оси под углом 45 градусов, блока 11 оптических фильтров на основе резонатора Фабри-Перо, светоделителя 12, прерывателя 13 лазерного излучения; юстировочного лазера 14, имеющего длину волны ротона. Юстировочный лазер 14 используется для стабилизации резонатора. Светоделитель 12 соединен с измерителем 15 длины волны, а дихроичное зеркало 3 с зеркалом 16, которое также соединено с котировочным лазером 14. Цифрами 17 и 18 на схеме обозначены выход оповещающего инфракрасного фотона и выход сигнального фотона в видимой области спектра соответственно. Система нелинейных кристаллов 6 помещена в термостатирующее устройство 19. Выходное резонаторное зеркало 7 установлено на линейном пьезотрансляторе 20.

Дихроичное зеркало 3, светоделитель 12 и зеркало 16 составляют систему направляющих излучение юстировочного лазера 14 элементов для заведения излучения в измеритель 15 длины волны.

Ниже приведено, какие элементы заявляемого устройства были использованы при реализации изобретения. Заявляемое устройство работает следующим образом.

Генерируют реперное излучение лазером 1 на целевой длине волны (в нашем случае 405 nm, показано на схеме пунктирной линией), которую рассчитывают таким образом, чтобы характеристики одного из образовавшихся в процессе СПР фотонов соответствовали длине волны и ширине линии поглощения атомного перехода твердотельной квантовой памяти (в видимой области спектра), а характеристики второго - телекоммуникационной частоте для коммерческих оптических волокон.

В качестве лазера 1 накачки используют Moglabs 405 nm линия 1 МГц, стабилизированный. Поляризация лазера 1 накачки управляется полуволновой фазовой пластинкой 2 (Полуволновая пластина ∅1/2" Zero-Order Half-Wave Plate, 405 nm), при этом поляризацию накачки направляют под углом 45 градусов относительно оптической оси каждого из кристаллов. Дихроичное зеркало 3 (DMSP425 - ∅1" Shortpass Dichrolc Mirror, 425 nm Cutoff) имеет высокий коэффициент пропускания для лазера 1 (полоса пропускания > 85% на 380-410 нм) накачки и высокий коэффициент отражения (и полоса отражения > 95% на 440-800 нм) для юстировочного лазера 14 (YFL-SSHG-580-0.1-CW Одночастотный волоконный лазер: 580 нм, выходная мощность - > 100 мВт, спектральная ширина линии - < 10 кГц, PZT диапазон перестройки - > 6 ГГц, PZT полоса пропускания - > 10 кГц, тепловая перестройка длины волны - 0.35 нм, RTN - < 0.05% (10 Гц - 10 МГц), Precilasers).

Излучение лазера 1 накачки фокусируется при помощи фокусирующей линзы 4 в нелинейные кристаллы 6, где в результате спонтанного параметрического рассеяния (СПР) происходит генерация пар (сигнальных и холостых) фотонов. Параметры фокусирующей линзы 4 (N-BK7 Bi-Convex Lens, ∅1", f = 300.0 mm, ARC: 350-700nm) для лазерного излучения накачки подобраны таким образом, чтобы получить оптимальное соотношение между скоростью генерации пар фотонов и степенью перекрытия сигнальной и холостой мод фотонов.

Процесс СПР удовлетворяет условиям фазового синхронизма:

где ω_s и k - частота и волновой вектор сигнального фотона (s), холостого фотона (i) и фотона накачки (р). Для эффективной генерации и управления параметрами генерируемых пар фотонов используют нелинейные кристаллы с периодической модуляцией нелинейности. Нелинейные кристаллы могут быть любым нелинейным кристаллом, синхронизированным по фазе для коллинеарного режима излучения. Это включает, в случае фазового синхронизма кристаллы: ВВО, LBO и BiBO, в случае квазисинхронизма: ниобат лития, танталита лития и калий-титанил-фосфат KTiPO₄ (KTP). Различные типы нелинейных кристаллов имеют разную эффективность и разные оптимальные длины волн, при которых нелинейные кристаллы могут работать. KTP обычно используется для длин волн накачки в видимом и ближнем инфракрасном диапазоне (примерно от 350 до примерно 2000 нм). Те же классы длин волн (видимый и ближний инфракрасный) относятся к ниобату лития. Кристаллы 6 (РРКТР размером 1×1×10 мм, с периодом нелинейности 3, 925 мкс), помещенные в резонатор, представляют собой два кристалла длиной 10 мм, помещенные в термостабилизирующее устройство 19. В качестве термостабилизирующего устройства 19 использована печь Covesion PV Oven Series PV20, которая может поддерживать температуру с точностью до 0,01°С и с рабочим диапазоном до 210°С.

Период нелинейности кристаллов рассчитан для эффективной генерации пар фотонов в процессе спонтанного параметрического рассеяния света при невырожденном по частоте режиме и типе синхронизма 0 типа. При 0-типе синхронизма фотон накачки и пара генерируемых фотонов имеют одинаковую поляризацию. Перепутанные по поляризации состояния получают, используя два одинаковых кристалла КТР, оптическая ось которых повернута на 90 градусов друг относительно друга. Таким образом, получают комбинацию сигнальных и холостых фотонов с поляризациями HV VH или VH HV. Сигнальные и холостые фотоны имеют поляризацию от 1-го кристалла - Н, от 2-ого кристалла - V.

Резонатор, в которые помещены нелинейные кристаллы 6, состоит из входного 5 и выходного 7 зеркал (DM110LC и OU110LC с радиусом кривизны] 10 мм), которые имеют высокие коэффициенты отражения на длине волны сигнального фотона (R = 99.9% для зеркала 5 и R = 96.5% для зеркала 7) и низкие коэффициенты отражения на длине волны лазерной накачки и холостого фотона (R < 1%). Длина резонатора составила d = 230 мм, потери для сигнальных фотонов в резонаторе составляют 0.5%, размер перетяжки w = 60 мкр).

Таким образом, реализуется однорезонаторный параметрический генератор света, в котором резонатор поддерживает только одну моду рассеяния СПР, в нашем случае сигнальный фотон. Коэффициенты отражения зеркал, их геометрия и расстояние между зеркалами позволяют генерировать сигнальные фотоны с узкой шириной линии от 5 до 10 МГц.

Излучение накачки и холостые фотоны выводятся из резонатора через зеркало 7 с пропусканием 99%. С помощью линзы 8 (N-BK7 Bi-Convex Lens, ∅1 м, f = 300.0 mm, ARC: 650-1050 nm) излучение и фотоны коллимируются. Фильтр 9 (FELH0500 - ∅25.0 mm Premium Longpass Filter, Cut-On Wavelength: 500 nm) поглощает излучение накачки и через него проходят только сигнальные и холостые фотоны, которые разделяются по длинам волн на установленном под углом 45 градусов к оптической оси дихроичном зеркале 10 (DMSP650 ∅1 м Shortpass Dichroic Mirror, 650 nm Cutoff, полоса пропускания > 90% на 410-633 нм, полоса отражения > 95% 685-1600 нм). Дихроичное зеркало пропускает фотоны в видимой области спектра (сигнальные фотоны) и отражает фотоны в инфракрасной области спектра (холостые фотоны). Холостые фотоны направляются на детектор одиночных фотонов (не входит в состав устройства), выход холостых фотонов обозначен на фигуре цифрой 17.

Сигнальные фотоны проходят дополнительную фильтрацию через элемент 11 - блок оптических фильтров на основе резонатора Фабри-Перо (ОР-7423-6743-1 Solid Fused Silica Etalon, FSR=0.5/cm). После малая часть сигнальных фотонов отражается на светоделителе 12 (Thorlabs BS034 - 10:90 (R:T) Non-Polarizing Beamsplitter Cube), и попадает на измеритель 15 длины волны (HightFinesse WS8-2, точность измерения 2 MHz, доступный диапазон измерений 330-1180 нм, скорость измерений 500 Hz), а большая часть проходит через прерыватель 13 (МС2000 В-ЕС - Optical Chopper System with MC1F10HP 10/100 Slot (36°) Chopper Blade) и направляется в детектор или ячейку квантовой памяти (не входит в состав устройства), выход сигнальных фотонов обозначен на фигуре 18.

Отличительной особенностью изобретения является регулярный мониторинг спектральных характеристик фотонов, по результатам которого незамедлительно осуществляется стабилизация резонатора по двум параметрам: температурная стабилизация кристаллов с точностью до 0,0] градуса и стабилизация длины резонатора, достигаемая возможностью перемещения выходного зеркала 7 резонатора с помощью линейного пьезотранслятора.

Для стабилизации по длине волны сигнального фотона используют котировочный лазер 14, который вводится в оптическую схему через зеркало 16 (∅1'' Protected Silver Mirror с Коэффициент отражения (средний) > 97,5% для 450 нм - 2 мкм) и дихроичное зеркало 3. Длину волны лазера 14 устанавливают равной длине волны сигнальных фотонов (видимая область спектра). Длина волны юстировочного лазера 14, прошедшей через резонатор, соответствующая длине волны сигнальных фотонов на выходе 18, измеряется с помощью измерителя 15 длины волны. В случае, если измеряемая длина волны сдвигается относительно требуемой, с помощью пьезотранслятора 20 (KPZNF15/M - NanoFlex™ 1.5 mm Travel Stage & KPZ101 Piezo Driver) на зеркале 7 выполняется подстройка собственной моды резонатора до тех пор, пока измеритель 15 длины волны не будет показывать требуемую длину волны. Таким образом в режиме реального времени осуществляется стабилизация резонатора по двум параметрам: температурная стабилизация кристаллов с точностью до 0,01 градуса и стабилизация длины резонатора за счет незамедлительной корректировки как температуры кристаллов, так и длины резонатора. Это повышает эффективность отражения и пропускания, и приводит к получению на выходе необходимой спектральной ширины фотонов, в нашем случае с узкой шириной линии от 5 до 10 МГц.

С помощью прерывателя 13 лазерного излучения однофотонное излучение изолируется относительно излучения юстировочного лазера 14.

Таким образом, предложены изобретения - способ генерации перепутанных узкополосных состояний света, которые могут быть использованы в квантовой памяти, и устройство для его реализации, расширяющие арсенал средств указанного назначения.

За счет регулярного мониторинга спектральных характеристик фотонов при генерации перепутанных узкополосных состояний света, позволяющего незамедлительно осуществить корректировку как температуры кристаллов, так и длины резонатора, повышается эффективность отражения и пропускания, что приводит к получению заданной спектральной ширины фотонов.

Claims (11)

1. Способ генерации перепутанных узкополосных состояний света с использованием внутрирезонаторного режима генерации спонтанного параметрического рассеяния, включающий в себя последовательно осуществляемые генерацию реперного излучения на целевой длине волны, при которой в нелинейной среде возникает явление спонтанного параметрического рассеяния в невырожденном по частоте 0-типе синхронизма, накачку для создания внутрирезонаторного режима спонтанного параметрического рассеяния, реализованного с помощью температурно-стабилизированного оптического резонатора, нелинейной среды, в качестве которой используют два помещенные в оптический резонатор нелинейных кристалла, оптические оси которых перпендикулярны друг другу, лазерным излучением с линейной поляризацией под углом 45 градусов к обоим кристаллам на длине волны, при которой в нелинейной среде возникает явление спонтанного параметрического рассеяния в невырожденном по частоте 0-типе синхронизма, подавление излучения накачки, разделение потоков сигнальных и холостых фотонов, фильтрацию сигнального излучения для отсечения излучения сигнальных фотонов на длинах волн, отличающихся от заданной, регистрацию сигнального и холостого излучения однофотонными детекторами, отличающийся тем, что внутрирезонаторный режим спонтанного параметрического рассеяния осуществляют с помощью оптического резонатора, состоящего из двух зеркал с высоким коэффициентом отражения для сигнальных фотонов и высоким коэффициентом пропускания для холостых фотонов и фотонов накачки, дополнительно осуществляют стабилизацию длины волны сигнального фотона с помощью измерения длины волны, близкой к заданной длине волны сигнального фотона, излучения юстировочного лазера, проходящего по тому же оптическому пути, что и сигнальный фотон, при этом реализована возможность разделения излучения лазера и сигнального излучения, и корректировки длины резонатора в случае отклонения длины волны юстировочного лазера от заданной длины волны сигнального фотона.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что заведение в оптический резонатор и выведение из него излучения предпочтительно осуществляют с помощью фокусирующих линз.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что стабилизацию нелинейных кристаллов по температуре осуществляют с точностью 0,01 градус Цельсия.

4. Способ по п.1, отличающийся тем, что фильтрацию сигнального излучения осуществляют с помощью набора эталонов Фабри-Перо.

5. Способ по п.1, отличающийся тем, что возможность разделения излучения лазера и сигнального излучения реализована с помощью оптического прерывателя, установленного одновременно на выходе излучения юстировочного лазера и на выходе сигнальных фотонов.

6. Способ по п.1, отличающийся тем, что корректировку длины резонатора в случае отклонения длины волны юстировочного лазера от заданной длины волны сигнального фотона осуществляют за счет возможности перемещения выходного зеркала оптического резонатора, например, путем его размещения на линейном пьезотрансляторе.

7. Устройство для генерации перепутанных узкополосных состояний света с использованием внутрирезонаторного режима генерации спонтанного параметрического рассеяния, включающее в себя оптически связанные между собой и последовательно расположенные на оптической оси лазер накачки, поляризатор лазерного излучения, оптический резонатор, состоящий из входного и выходного резонаторных зеркал, в который помещены два термически стабилизированных одинаковых нелинейных кристалла, оптические оси которых повернуты на 90 градусов относительно друг друга для создания перепутанных по поляризации состояний, фильтр отсечения излучения накачки, разделитель сигнальных и холостых фотонов, фильтр отсечения излучения сигнальных фотонов на длинах волн, отличающихся от заданной, отличающееся тем, что, входное и выходное зеркала резонатора имеют высокие коэффициенты отражения на длине волны сигнального фотона и высокие коэффициенты пропускания на длине волны лазерной накачки и холостого фотона, устройство дополнительно содержит систему стабилизации длины волны сигнального фотона, включающую юстировочный лазер, систему направляющих излучение юстировочного лазера элементов, измерителя длины волны и оптического прерывателя, установленного одновременно на выходе излучения юстировочного лазера и на выходе сигнальных фотонов, при этом система направляющих излучение юстировочного лазера элементов включает зеркало, которое заводит излучение юстировочного лазера в зеркало, находящееся на оптической оси перед входом в оптический резонатор, и светоделитель, расположенный перед выходом сигнальных фотонов и оптически связанный с измерителем длины волны, а оптический резонатор выполнен с возможностью изменения его длины.

8. Устройство по п.7, отличающееся тем, что предпочтительно на оптической оси до и после оптического резонатора располагают фокусирующие линзы.

9. Устройство по п.7, отличающееся тем, что возможность изменения длины оптического резонатора реализована за счет возможности перемещения выходного зеркала оптического резонатора, например за счет его размещения на линейном пьезотрансляторе.

10. Устройство по п.7, отличающееся тем, что фильтр отсечения излучения сигнальных фотонов на длинах волн, отличающихся от заданной, представляет собой набор эталонов Фабри-Перо.

11. Устройство по п.7, отличающееся тем, что нелинейные кристаллы термически стабилизируют термостабилизирующим устройством с точностью 0,01 градус Цельсия.