[发明专利]一种利用非线性光学晶体制备光子对的方法

说明书

本发明涉及一种利用非线性光学晶体制备光子对的方法，包括将波长为λ_p的泵浦光以特定照射角照射在非线性光学晶体表面，得到包含信号光和闲置光的光子对光束；将所述光子对光束经过长波通滤光片进行滤光处理；将经过滤光处理的光子对光束经过偏振分束器进行光束分离处理，分别得到频域上纯态的闲置光和信号光。本发明的光子对的制备方法，将波长为λ_p的泵浦光以特定的照射角照射在非线性光学晶体上，得到纯度较高的光子对，由于非线性光学晶体的双折射性质使得非线性光学晶体在合适的波长范围内满足特定的群速度匹配关系，因而其可制备出频域上是纯态的光子对。本发明不仅制备简单，而且能量损耗小，从而保证了光源亮度。

技术领域

本发明涉及非线性光学和量子光学技术领域，尤其涉及一种利用非线性光学晶体制备光子对的方法。

背景技术

在20世纪末，人类步入了信息化社会，信息在人们的日常生活中，起着越来越重要的作用。量子信息是20世纪末期新生的量子力学与信息科学的交叉学科，同时也是21世纪最重要的战略研究领域之一，它有望为信息科技的持续发展开辟出新的原理和方法。量子信息的研究对象主要是量子态的制备与操作，包括量子通信、量子计算、量子成像、量子隐形传态、量子存储等。在量子信息的处理过程中，总离不开量子态及其演化过程。其中，单光子量子态是量子信息中最基本的量子态，其同时也是现代量子信息处理的基础和出发点。

目前，最常用的制备单光子量子态的方法是自发参量下的转换。在自发参量下转换过程中,能量高的泵浦光子“分裂”成两个能量低的光子,即信号光子和闲置光子,又称双光子或光子对.由于自发参量下转换过程中能量和动量守恒,双光子在频率上通常是关联的.然而,对于量子计算或玻色子采样等诸多量子信息处理应用,必须使用频率无关联的双光子,才能让独立光子源之间的量子干涉具有高可见度,进而以高的保真度实现量子信息处理协议.因此,从自发参量下转换过程制备频域无关联的双光子态(即频域纯态)是非常重要的.因为只有消除了这种频率上的关联，才能在量子干涉中获得高的干涉分辨率。当这种频率上的关联被消除掉的时候，双光态在频域上就是纯态。

目前主要有两种方法消除这种频域上的关联：一种是使用带通滤波片对信号光和闲置光做频域的过滤，从而得到纯态。这种方法操作方便，但是能量损耗很大，会严重降低光源的亮度。另一种方法是设计特别参量下的转换过程，从而在转换过程中直接制备出频域上的纯态，不需要使用任何带通滤波片。

因此，如何在保证光源亮度的基础上，简单地制备出频域上是纯态的光子对是亟需解决的问题。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对上述现有技术的不足，提供一种利用非线性光学晶体制备光子对的方法，在保证光源亮度的基础上，简单地制备出频域上是纯态的光子对。

本发明解决上述技术问题的技术方案如下：一种利用非线性光学晶体制备光子对的方法，所述方法包括如下步骤：

步骤1：将波长λ_p的泵浦光以照射角θ照射在非线性光学晶体表面，得到包含信号光和闲置光的光子对光束；

步骤2：将所述光子对光束经过长波通滤光片进行滤光处理；

步骤3：将经过滤光处理的光子对光束经过偏振分束器进行光束分离处理，分别得到频域上纯态的闲置光和信号光；

其中，所述泵浦光的波长λ_p与照射的角度θ之间满足以下关系：

V_p[λ_p,θ]＝V_s[λ_s]