[发明专利]固态关联光子对产生方法、固态关联光子对产生装置

权利要求书

1.一种固态关联光子对产生方法，其特征在于，包括：

将预泵浦脉冲光入射至稀土离子掺杂晶体，以对所述稀土离子掺杂晶体进行光谱烧孔，得到光谱烧孔吸收带；所述稀土离子掺杂晶体中的稀土离子包括第一能级、第二能级、第三能级和第四能级；所述第一能级、所述第二能级、所述第三能级和所述第四能级为所述稀土离子的四个超精细能级，所述第一能级和所述第二能级的电子组态相同，所述第三能级和所述第四能级的电子组态相同，所述第一能级的能量和所述第二能级的能量均低于所述第三能级的能量，所述第一能级的能量和所述第二能级的能量均低于所述第四能级的能量，且所述第一能级到所述第三能级的跃迁波长在光学波段；

对所述光谱烧孔吸收带施加写入脉冲光，以使所述光谱烧孔吸收带中的稀土离子产生斯托克斯光子，所述写入脉冲光的中心频率等于所述光谱烧孔吸收带的稀土离子从所述第一能级到所述第四能级跃迁的共振频率；以及

产生所述斯托克斯光子后，对所述光谱烧孔吸收带依次施加第一复相π脉冲光、第二复相π脉冲光和读取π脉冲光，以使所述光谱烧孔吸收带的稀土离子产生反斯托克斯光子，所述斯托克斯光子和所述反斯托克斯光子组成关联光子对，其中，所述第一复相π脉冲光的中心频率和所述第二复相π脉冲光的中心频率均等于所述光谱烧孔吸收带的稀土离子从所述第一能级到所述第三能级跃迁的共振频率，所述读取π脉冲光的中心频率等于所述光谱烧孔吸收带的稀土离子从所述第二能级到所述第四能级跃迁的共振频率。

2.根据权利要求1所述的固态关联光子对产生方法，其特征在于，还包括：

在所述写入脉冲光与所述第一复相π脉冲光之间，在所述第一复相π脉冲光与所述第二复相π脉冲光之间，以及在所述第二复相π脉冲光与所述读取π脉冲光之间，引入射频脉冲光执行动力学解耦合，以延长所述反斯托克斯光子的寿命。

3.根据权利要求1所述的固态关联光子对产生方法，其特征在于，所述光谱烧孔吸收带包括宽度为1 MHz量级的吸收线，以及位于所述吸收线两端的宽度为10 MHz量级的透明带，所述吸收线的中心频率等于所述光谱烧孔吸收带的稀土离子从所述第一能级到所述第四能级跃迁的共振频率。

4.根据权利要求1所述的固态关联光子对产生方法，其特征在于，所述稀土离子掺杂晶体包括所述稀土离子和宿主晶体，且所述稀土离子掺杂晶体中的稀土离子处于所述宿主晶体的非中心对称位置。

5.根据权利要求4所述的固态关联光子对产生方法，其特征在于，还包括：

对所述稀土离子掺杂晶体施加磁场，以阻止所述光谱烧孔吸收带的稀土离子从所述第三能级到所述第二能级跃迁，从而降低噪声。

6.根据权利要求1所述的固态关联光子对产生方法，其特征在于，

所述写入脉冲光与所述读取π脉冲光以相反方向共线射入所述稀土离子掺杂晶体，所述第一复相π脉冲光与所述第二复相π脉冲光以相同方向共线射入所述稀土离子掺杂晶体，并且，在所述稀土离子掺杂晶体内，所述预泵浦脉冲光的传播路径、所述写入脉冲光的传播路径和所述第一复相π脉冲光的传播路径部分重合；

所述斯托克斯光子的探测方向与所述反斯托克斯光子的探测方向反向共线。

7.根据权利要求1所述的固态关联光子对产生方法，其特征在于，所述斯托克斯光子和所述反斯托克斯光子组成关联光子对，包括：所述斯托克斯光子与所述反斯托克斯光子的交叉二阶关联度的平方大于所述斯托克斯光子与所述反斯托克斯光子的自二阶关联度的乘积。

8.根据权利要求3所述的固态关联光子对产生方法，其特征在于，所述写入脉冲光的带宽小于或者等于所述吸收线的宽度。

9.根据权利要求1所述的固态关联光子对产生方法，其特征在于，在得到所述斯托克斯光子以及所述反斯托克斯光子之后，所述固态关联光子对产生方法还包括：

对所述斯托克斯光子以及所述反斯托克斯光子进行滤光。

10.一种固态关联光子对产生装置，用于实现权利要求1-9中任一项所述的固态关联光子对产生方法，其特征在于，包括：

激光单元，适用于产生预泵浦脉冲光、写入脉冲光、第一复相π脉冲光、第二复相π脉冲光和读取π脉冲光；

光子对产生单元，包括稀土离子掺杂晶体，所述稀土离子掺杂晶体适用于在所述预泵浦脉冲光的作用下进行光谱烧孔，得到光谱烧孔吸收带，所述光谱烧孔吸收带中的稀土离子在所述写入脉冲光的作用下产生斯托克斯光子，所述光谱烧孔吸收带中的稀土离子在所述第一复相π脉冲光、所述第二复相π脉冲光和所述读取π脉冲光的作用下产生反斯托克斯光子；

其中，所述写入脉冲光的中心频率等于所述光谱烧孔吸收带的稀土离子从第一能级到所述第四能级跃迁的共振频率；所述第一复相π脉冲光的中心频率和所述第二复相π脉冲光的中心频率均等于所述光谱烧孔吸收带的稀土离子从所述第一能级到所述第三能级跃迁的共振频率，所述读取π脉冲光的中心频率等于所述光谱烧孔吸收带的稀土离子从所述第二能级到所述第四能级跃迁的共振频率。