[发明专利]一种频率片纠缠双光子源

说明书

本发明涉及一种频率片(frequency‑bin)纠缠双光子源，属于量子信息科学技术领域。本发明的频率片纠缠双光子源基于改进Sagnac环结构，通过正交偏振激光双向泵浦光纤耦合二阶非线性晶体波导中级联的二次谐波产生过程和自发参量下转换过程产生关联光子对，进而通过偏振控制、量子干涉和偏振分束产生频率片纠缠光子对。采用本发明结构获得的双光子具有高亮度、高纯度的优势，可实现频率片纠缠双光子源结构的小型化和集成化，且本发明所用器件均可采用现有的成熟光纤通信器件，具有较高的实用性。

技术领域

本发明属于量子信息科学技术领域，具体涉及一种频率片纠缠双光子源。

背景技术

频率片纠缠光子对是量子信息技术中一种重要资源，在量子精密测量、量子密码学、在有噪声存在的信道中进行的量子通信、量子干涉仪中非定域色散抵消等方面具有应用潜力。

频率片纠缠光子对的产生通常需要通过非线性光学介质中的非线性光学过程来实现，常见的过程包括二阶非线性光学过程和三阶非线性光学过程。例如，周期极化铌酸锂晶体(PPLN)、周期极化磷酸钛氧钾晶体(PPKTP)等非线性晶体中的自发参量下转换过程，色散位移光纤中的自发四波混频过程等。

目前通过块状二阶非线性晶体产生频率片纠缠光子对的方法，通常需要通过空间光路实现，不能满足系统小型化和集成化的需求；而通过自发四波混频过程这种三阶非线性过程产生纠缠光子对的效率相对较低，因而导致纠缠光子对的产生速率较低。同时，在利用自发四波混频效应产生频率片纠缠光子对的方案中，将能量-时间纠缠光子对注入非平衡马赫-曾德尔干涉仪的方法是一种主要的技术路线，该方法纯输出的关联光子对处于混态，频率片纠缠的纯度低，在应用过程中需要时域滤波。因此，量子信息技术目前亟需实现小型化、集成化、高亮度、高纯度的频率片纠缠量子光源。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对现有技术存在的问题，提供一种频率片纠缠双光子源及产生频率片纠缠双光子的方法，本发明基于改进Sagnac环结构，通过正交偏振激光双向泵浦光纤耦合二阶非线性晶体波导中级联的二次谐波产生过程和自发参量下转换过程产生关联光子对，进而通过偏振控制、量子干涉和偏振分束产生频率片纠缠光子对。

为解决上述技术问题，本发明实施例提供一种频率片纠缠双光子源，包括依次连接的泵浦激光源1、光放大器2、可调光衰减器3、光滤波器4、偏振控制器5和密集波分复用器6，其中，所述偏振控制器5与所述密集波分复用器6的透射端(T端)连接；

所述频率片纠缠双光子源还包括第一半波片8、第二半波片10、空间光偏振分束器9、第一光纤准直器7、第二光纤准直器11、第三光纤准直器12、光纤耦合二阶非线性晶体波导13和光纤偏振分束器14；

所述密集波分复用器6的公共端(C端)与第一光纤准直器7相连接，光纤耦合二阶非线性晶体波导13的两端分别与第二光纤准直器11和第三光纤准直器12相连接，第一光纤准直器7和第二光纤准直器11之间依次有第一半波片8、空间光偏振分束器9和第二半波片10，第三光纤准直器12位于空间光偏振分束器9和光纤耦合二阶非线性晶体波导13之间，密集波分复用器6的反射端(R端)与光纤偏振分束器14相连接，空间光偏振分束器9、第二半波片10、第二光纤准直器11、第三光纤准直器12和光纤耦合二阶非线性晶体波导13形成改进Sagnac环结构。

在上述技术方案的基础上，本发明还可以做如下改进。

进一步的，所述泵浦激光源1为固体激光器、气体激光器、半导体激光器或染料激光器。

进一步的，所述光放大器2的工作波长范围为1530nm～1560nm。

进一步的，所述偏振控制器5为波片型偏振控制器或光纤偏振控制器。

进一步的，所述可调光衰减器3为机械式可调光衰减器或基于硅光器件的可调光衰减器。