[发明专利]基于周期极化铌酸锂波导红外双光子符合测量装置及方法

说明书

本发明公开了一种基于周期极化铌酸锂波导红外双光子符合测量装置及方法，包括红外激光器，红外激光器发出的激光依次经光纤衰减器和偏振器后进入光纤分束器将入射光分成两束光，一束光经PPLN波导进行双光子上转换产生可见光后被单光子探测器接收；另一束光被光强探测器接收用于计算入射到PPLN波导的光强，通过对比单光子探测器的计数率和光强探测器的探测依赖关系，得到对应双光子符合测量装置的红外双光子上转换效率。本发明克服了现有红外单光子探测器效率低、噪声大的不足，从而能够更加高效地实现红外双光子符合测量，有利于进行红外光子的二阶干涉实验和应用研究。

技术领域

本发明属于量子光学技术领域，具体涉及一种基于周期极化铌酸锂波导红外双光子符合测量装置及方法。

背景技术

符合测量的最早应用出现在物理学中，其目的是判断多个同时或在极短时间内发生的事件是否存在关联性。确实存在相关性的事件一般被称作真符合，这是为了和偶然发生的符合事件进行区别，以统计学的角度分析，相关不一定表示存在因果关系。在量子力学方面，符合测量首先广泛应用于纠缠光子对的检测和判断，此外在单光子干涉等领域也有应用。现今已有多种较为成熟的技术通过程序控制方法实现效率更高、输入源更多的符合测量。

双光子符合测量主要检测两个单光子的时间特性，一般的双光子符合测量过程如下所述：两个光子分别进入两个单光子探测器，单光子探测器将接收到的单光子通过光电效应和放大作用转化为电脉冲信号，然后这两个电脉冲信号被传输到双光子符合测量系统中，测量两个电脉冲信号之间的时间差。当两个电脉冲信号的时间差小于选定的符合时间窗口时，这两个电脉冲信号对应的两个单光子的时间差也在符合时间窗口之内，此时两个单光子探测器就探测到了一个双光子符合事件；相反，当两个电脉冲信号的时间差大于选定的符合事件窗口时，这两个单光子探测器探测到的信号就不属于一个双光子符合事件。

目前用来进行双光子符合测量的方法主要有两种。

第一种是传统的基于单光子探测器的双光子符合测量方法，即：使用两个单光子探测器，通过把光信号转换成电信号，然后通过双光子符合测量系统来判断这两个电信号的时间差是否在符合时间窗口之内来完成双光子符合测量。这种方法是目前最主流的可见光的双光子符合测量方法，因为目前可见光单光子探测器技术比较成熟，性能也比较高，但是这种方法不适用于红外双光子符合测量系统，因为目前商业红外单光子探测器效率低、暗计数大，不能有效使用这种基于红外单光子探测器的红外双光子符合测量系统。

第二种方法是基于双光子吸收的双光子符合测量系统，这种方法的工作原理是利用强光照射具有双光子吸收特性的物质，利用双光子吸收物质存在的虚能级，使得在虚能级寿命之内到达的两个光子能够被吸收，电子从低能级被两个光子激发到高能级，电子从高能级向低能级跃迁的时候会发出一个光子，通过探测这个光子就能实现双光子符合测量。这种方法比传统方法更为简便，不足之处是双光子吸收效率一般非常低，需要比较高功率的入射光才能观测到有效的双光子吸收发射出来的光子，不能在弱光情况下实现双光子符合测量。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种基于周期极化铌酸锂波导红外双光子符合测量装置及方法，利用高效的周期极化铌酸锂PPLN波导将红外光子对转换为可见光单光子、然后利用高性能的可见光探测器进行光信号探测的方法，实现更为准确和高效的红外双光子符合测量，解决目前的红外双光子探测系统存在的红外单光子探测器效率低、噪声大的问题以及基于双光子吸收的红外双光子符合测量系统不能在弱光条件下工作的问题。

本发明采用以下技术方案：

基于周期极化铌酸锂波导红外双光子符合测量装置，包括红外激光器，红外激光器发出的激光依次经光纤衰减器和偏振器后进入光纤分束器将入射光分成两束光，一束光经PPLN波导进行双光子上转换产生可见光后被单光子探测器接收；另一束光被光强探测器接收用于计算入射到PPLN波导的光强，通过对比单光子探测器的计数率和光强探测器的探测依赖关系，得到对应双光子符合测量装置的红外双光子上转换效率。