[实用新型]一种基于硅基集成波导的相位编码装置

说明书

技术领域

本实用新型涉及量子相位编码技术领域，特别涉及一种基于硅基集成波导的相位编码装置。

背景技术

量子信息技术起源于上世纪80年代，主要分为量子通信和量子计算两大研究方向。随着科学技术的不断进步，基于经典信息的加密技术由于其底层基本原理的局限性，存在着固有的安全隐患。量子保密通信因为量子力学的基本定律，具有物理上的无条件的安全性。因此，量子密钥分发技术(Quantum Key Distribution，QKD)的应用越来越广泛。

量子密钥分发技术的前提是制备量子比特。一个量子比特利用的编码空间为二维希尔伯特空间，其常用的编码方式主要有偏振编码以及相位编码。现在常用的相位编码的量子密钥分发方案，多采用传统分立的光学元器件通过光纤熔接等技术搭建而成，具有体积大、批量可生产性差、系统稳定性不足、成本较高等缺点。近年来，随着新兴的硅基光子芯片集成技术的不断发展，硅基的集成光子芯片在相干光通信、短距离光通信等领域已经逐渐进入商用化，技术越来越成熟。硅基光子器件由于与CMOS工艺的兼容性，具有可大规模生产、成本低、性能可靠等优越性；但是传统的相位编码装置采用的干涉仪其长臂大都采用普通的硅波导或是光纤，而硅波导或是光纤光损耗较大，致使相位编码装置生成的量子比特效率降低。

实用新型内容

本实用新型目的在于提供一种基于硅基集成波导的相位编码装置，以解决现有技术中相位编码装置采用的干涉仪其长臂大都采用普通的硅波导或是光纤，而硅波导或是光纤光损耗较大，致使相位编码装置生成的量子比特效率降低的技术问题。

本实用新型的技术方案是这样实现的：

一种基于硅基集成波导的相位编码装置，包括单光子发射源，所述单光子发射源通过硅波导连接前端耦合器的输入端，所述前端耦合器的输出端分别连接有长臂波导单元以及短臂波导单元，所述长臂波导单元以及短臂波导单元的输出端分别连接一后端耦合器，所述长臂波导单元包括第一耦合器、延时波导以及第二耦合器，所述第一耦合器通过硅波导连接前端耦合器的输出端，所述第一耦合器通过延时波导连接第二耦合器，所述第二耦合器通过硅波导连接后端耦合器的输入端，所述短臂波导单元采用硅波导连接前端耦合器的输出端以及后端耦合器的输入端，所述长臂波导单元和/或短臂波导单元上设置有相位调制器，所述硅波导以及延时波导制作在硅基上。

优选地，所述延时波导为低损耗硅波导、氧化硅波导、SiON波导、Si₃N₄波导以及聚合物波导中的一种或是组合。

优选地，所述延时波导的外形包括条形、脊形、圆形或者扁平型。

优选地，所述短臂波导单元上设置有可调衰减器。

优选地，所述前端耦合器与后端耦合器采用3dB耦合器。

优选地，所述低损耗硅波导的制造过程为将硅波导经过氢气退火或热氧化进行处理，降低硅波导的侧壁粗糙度。

优选地，所述氧化硅波导、SiON波导、Si₃N₄波导的制造过程为利用化学气相沉积法将材料沉积在硅基芯片上，再利用紫外光刻工艺形成延时波导的掩膜图形，最后利用感应耦合等离子刻蚀工艺将掩膜图形转移到沉积的材料上形成延时波导。

优选地，所述聚合物波导的制造过程为将聚合物材料通过甩胶工艺均匀旋涂在硅基芯片上，再利用光刻工艺或者纳米压印工艺形成聚合物材料的延时波导。

与现有技术相比，本实用新型有以下有益效果：

本实用新型的基于硅基集成波导的相位编码装置，将干涉仪的长臂延时部分采用延时波导来实现，延时波导具有低损耗特性，解决了普通硅波导做时延损耗大的问题，在一定程度上提高了编码装置的量子比特生成效率，另外，本实用新型将硅波导以及延时波导集成在同一片光子芯片上，相对于传统分立元件相位编码编码装置具有封装简单，电学控制简单等优点。

附图说明

图1为本实用新型基于硅基集成波导的相位编码装置的原理框图。

图中：单光子发射源1，硅波导2，前端耦合器3，长臂波导单元4，短臂波导单元5，后端耦合器6，第一耦合器7，延时波导8，第二耦合器9，相位调制器10，可调衰减器11。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型进行清楚、完整地描述。