[发明专利]一种产生单光子的谐振腔及单光子源系统

说明书

本发明公开了一种产生单光子的谐振腔，其包括：谐振腔体和衬底，所述谐振腔体包括上反射层、下反射层和设置在所述上反射层、下反射层中间的光栅层形成的三明治结构，所述上反射层、下反射层采用金属薄膜或类金属薄膜，所述光栅层设有光栅微结构以形成光学微腔，所述衬底设置于所述谐振腔体的底部，该衬底为截角倒锥形衬底，在所述衬底与下反射层接触的表面，设有用以提高反射效率的二维超结构；以及包括该谐振腔和激发光产生系统的一种单光子源系统，所述激发光产生系统将其产生的激发光子发射至所述谐振腔内，所述激发光子在所述光栅微结构中经多次反射后从所述谐振腔射出。

技术领域

本发明属于单光子源领域，具体涉及一种产生单光子的谐振腔及单光子源系统。

背景技术

单光子源技术、量”子编码和传输技术、单光子检测技术作为量子通信中的三大核心技术。已经有大量研究证明量子通信在单光子源下是绝对安全的，并且具有很高的发生和吸收效率。

理想的单光子源可以作为量子通信和量子计算中的发光光源信号，是最优的光源解决方案，可用于量子力学的基础研究，量子计算，隐形态传送，量子网络，量子存储等实验，单光子光源指在光互连网络中，作为光信号产生的源头，其产生的光信号是单光子。由此可知，理想的单光子源作为量子通信的重要保障，对于其特性的研究在不仅科研界都有着愈来愈大的意义，在工业生活生产上都有着不可替代的作用。

现如今，利用量子点脉冲共振激发方法，可以得到高品质的单光子。然而，基于单色光的共振激发方法在提升光子品质的同时，激发光会带来本底噪声，一般需要高精度的极化滤波去除，因而导致50％的效率损失。这个效率损失使得操纵多个光子的成功率下降，光出射效率也是亟待解决的问题。

发明内容

为了解决上述问题，实现提高单光子出射效率和品质。

基于上述发明目的，本发明提出一种产生单光子的谐振腔，包括：谐振腔体和衬底，所述谐振腔体包括上反射层、下反射层和设置在所述上反射层、下反射层中间的光栅层形成的三明治结构，所述上反射层、下反射层采用金属薄膜或类金属薄膜，所述光栅层设有光栅微结构以形成光学微腔；

所述衬底设置于所述谐振腔体的底部，该衬底为截角倒锥形衬底，在所述衬底与下反射层接触的表面，设有用以提高反射效率的二维超结构。

作为优选，所述光栅层采用对单光子发射波段透明的介质薄膜，所述光栅微结构在所述介质薄膜上刻蚀而成。

作为优选，所述衬底为Si，SiO2，或Al2O3。

作为优选，对于紫外-可见波段，所述金属薄膜或类金属薄膜采用包括 Al、或Au、或Ag、或ZrN、或HfN材料；对于近红外波段，所述金属薄膜或类金属薄膜采用ITO，或采用掺Al或掺Ga的ZnO，或TiN材料；对于红外波段采用石墨烯材料。

基于上述发明目的，本发明还提出一种单光子源系统，其特征在于，包括如上所述产生单光子的谐振腔和激发光产生系统，所述激发光产生系统用于产生激发光子，其设置于所述谐振腔的表面近场，所述激发光产生系统包括一个4f光学系统和二能级量子系统，所述4f光学系统用于产生两个锁相脉冲，通过所述两个锁相脉冲驱动所述二能级量子系统，进行光谱滤波，以消除散射的激光，得到激发光；

所述激发光产生系统将其产生的激发光子发射至所述谐振腔内，所述激发光子在所述光栅微结构中经多次反射后从所述谐振腔射出。

作为优选，所述二能级量子系统包括一个单个InGaAs量子点，所述 InGaAs量子点嵌入直径为2.5μm的微柱腔内。

作为优选，所述4f光学系统包括激光器、第一光栅、第二光栅、阻挡块和单模光纤，所述激光器发出激光脉冲被第一光栅衍射分成不同空间方向传递的双色脉冲，该双色脉冲经过放置在傅立叶平面中的阻挡块时被截获中心频率，剩余的双色脉冲旁波在所述第二光栅上重新组合，并收集到所述单模光纤中，得到锁相脉冲。