[发明专利]偏振纠缠量子光源

说明书

技术领域

本发明涉及量子信息科学技术领域，尤其涉及一种偏振纠缠量子光源。

背景技术

利用量子力学基本原理，量子信息技术可以实现很多经典信息技术无法实现的应用，具有重要的学术意义和应用价值。量子纠缠(quantum entanglement)是量子信息功能实现所依赖的重要量子资源，是一种量子力学现象。其定义上描述复合系统(具有两个以上的子系统)的一类特殊的量子态。此量子态无法分解为子系统各自量子态的张量积(tensor product)，是物理上分离的子系统之间的非定域关联。对处于量子纠缠的多个子系统而言，其任一子系统的测量结果无法独立于其他子系统的状态。实现量子纠缠的量子系统多种多样，如原子、离子和光子等。其中，由于光子具有便于传输、不易与环境相互作用而退相干的特性，使得纠缠双光子成为量子信息技术中使用最方便的纠缠量子系统。常见的双光子间纠缠形式包括：动量和位置、时间和能量、时间片、偏振态、频率以及光场的正交振幅和位相信息等。在量子信息技术应用中，由于光子的偏振态易于控制和转换，使得偏振纠缠双光子被广泛使用。因此，产生偏振纠缠双光子的偏振纠缠量子光源成为量子信息技术中的关键功能单元。

利用非线性光学材料中自发非线性光学过程可以实现偏振纠缠量子光源。目前实验室普遍采用的方法是利用晶体中二阶非线性参量下转换过程实现偏振纠缠双光子的产生。一方面，这种方法依赖体光学器件，需要精密的光学准直和调节；另一方面，从晶体中产生的光子难以高效率的收集到光纤中。这些都限制了基于晶体的偏振纠缠量子光源的实用化发展。

发明内容

(一)技术问题

本发明要解决的一个技术问题是：如何提供一种简单且紧凑的偏振纠缠量子光源，提高偏振纠缠双光子产生和收集的效率。

(二)技术方案

为解决上述问题，本发明提供了一种偏振纠缠量子光源，该光源包括：泵浦光发生装置，用于生成脉冲泵浦光，并将其输入至三阶非线性光学波导；三阶非线性光学波导，具有双折射特性，用于在两个偏振轴上独立激发自发标量四波混频过程，产生具有偏振纠缠特性的信号和闲频双光子，并抑制自发矢量四波混频过程；分光滤波装置，用于将所述三阶非线性光学波导输出的信号光子、闲频光子以及脉冲泵浦光分离，得到偏振纠缠双光子。

其中，所述泵浦光发生装置进一步包括：脉冲光源，用于输出脉冲泵浦光；泵浦滤波器，与所述脉冲光源的输出相连，用于将所述脉冲光源输出的脉冲泵浦光波长以外的杂散光滤除；可调衰减器，用于调节所述泵浦光滤波器输出的脉冲泵浦光的功率；起偏器，用于将所述可调衰减器调整后的脉冲泵浦光的偏振态转变为线偏振；偏振控制器，用于调整经所述起偏器调整后的脉冲泵浦光的偏振态，并将调整后的脉冲泵浦光输入所述三阶非线性光学波导。

其中，所有器件呈直线型排列。

其中，所述脉冲光源为被动锁模激光器、主动锁模激光器、被动调Q激光器、主动调Q激光器、直调半导体激光器、或外调制半导体激光器。

其中，所述泵浦滤波器为边带抑制比大于115分贝的滤波器或者滤波器组合。

其中，所述泵浦滤波器为环形器加光纤光栅、镀膜型光学滤波器、微机电系统MEMS光学滤波器、法布里-珀罗光学滤波器、阵列波导光栅滤波器以及光波分复用器件中的一种或任意种的组合。

其中，所述可调衰减器为光纤挤压或镀膜形式的可调衰减器。

其中，所述起偏器为光纤偏振分束器、镀金属的光纤起偏器、或光学晶体偏振分光棱镜。

其中，所述偏振控制器为带光纤输出的偏振控制器。

其中，所述偏振控制器为光纤绕制的偏振控制器、基于光纤挤压的偏振控制器、或由带光输出封装的晶体材料切割而成的半波片及四分之一波片组成的偏振控制器。

其中，所述三阶非线性光学波导为：保偏光纤、微结构光纤、光子晶体光纤、硫化物光纤、纳米硅线波导、光子晶体结构硅波导、砷化镓波导、或硫化物波导。

其中，所述分光滤波装置为通带隔离度大于110分贝的多端口滤波器或滤波器组合。

其中，所述分光滤波装置为环形器加光纤光栅、镀膜型光学滤波器、微机电系统MEMS光学滤波器、法布里-珀罗光学滤波器、阵列波导光栅滤波器以及光波分复用器件中的一种或任意种的组合。

(三)有益效果