[发明专利]一种啁啾纠缠光子对的压缩装置及方法

说明书

本发明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。本发明还公开了利用上述压缩装置的压缩方法。本发明提供的一种啁啾纠缠光子对的压缩装置及上述压缩装置的压缩方法，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。

技术领域

本发明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，还涉及利用上述压缩装置的方法。

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。本发明方法基于脉冲整形技术，利用菲涅尔二元相位通过整形啁啾纠缠光子光谱来实现关联时间的压缩，从而克服了相位补偿方法的缺陷。

发明内容

本发明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纠缠光源经色散介质会出现损耗，压缩结果受色散介质长度及色散高阶项制约的问题。

本发明的目的还在于提供利用上述压缩装置的压缩方法。

本发明所采用的第一种技术方案是，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。

本发明的第一种技术方案的特点还在于：

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。

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。

本发明所采用的第二种技术方案是，

一种啁啾纠缠光子对的压缩装置的压缩方法，具体步骤为：

连续激光器经第一凸透镜聚焦后泵浦第一非线性晶体，经自发参量下转换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，产生的啁啾纠缠光子对光束经第二凸透镜发散后进入第一滤光器滤掉多余的高频泵浦光，之后经第一准直器使啁啾纠缠光子对光束平行入射进入液晶空间光调制器，根据菲涅尔二元相位整形的方法，利用液晶空间光调制器对产生的纠缠光谱中不同频率波带进行二元相位整形，使得展开的纠缠光束频谱范围包含在液晶空间光调制器中整形的区间范围内，整形后的纠缠光束经过第二准直器使其平行入射进入第三凸透镜聚焦纠缠光束，让聚焦的纠缠光束入射到第二非线性晶体中，通过和频产生过程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发散后进入第二滤光器滤掉多余的低频光波，之后再经过第五凸透镜聚焦信号，将聚焦信号输入单光子探测器中进行信号探测，探测到的信号再经过光子计数器得到最终的结果，这一结果即表示由二阶关联函数表征的纠缠光子对间的关联时间的压缩结果。

本发明的第二种技术方案的特点还在于：

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。