[发明专利]非线性光子晶体的双光子频率和离散路径超纠缠产生方法

权利要求书

1.一种非线性光子晶体的双光子频率和离散路径超纠缠产生方法，其特征在于，包括：

泵浦光沿着正z方向正入射至非线性光子晶体表面，泵浦光波矢量和与y轴平行的单位向量构成泵浦光平面，泵浦光波矢量垂直于非线性光子晶体补偿的在xoy平面内的相位失配量经过相互作用后生成信号光和闲置光，信号光和闲置光分别位于泵浦光平面上方和下方；信号光和闲置光共计有n对离散路径可选，其中n为大于2的正整数，这些离散路径关于所在的直线对称分布；所述信号光和闲置光满足频率和多对离散路径超纠缠关系；

所述非线性光子晶体选用具有二维结构、室温、Ι类相位匹配条件下的具有MgO掺杂的LiNbO₃晶体；

所述非线性光子晶体的准周期晶格结构为：在设定的坐标系中，非线性光子晶体的二阶非线性极化系数χ⁽²⁾在xoy平面内特定位置反转，实现二阶非线性极化系数χ⁽²⁾＝+1的晶畴和二阶非线性极化系数χ⁽²⁾＝-1的晶畴在x和y两个维度以设定的图样化规律出现。

2.根据权利要求1所述的双光子频率和离散路径超纠缠产生方法，其特征在于，所述频率和多对离散路径超纠缠关系的量子态|ψ表示为：

式中，n为大于等于2的正整数，下标S代表信号光，即光子传输路径在泵浦光平面上方，下标I代表闲置光，即光子传输路径在泵浦光平面下方；在信号光和闲置光的空间分布截面上，(θ_j)_S表示信号光位置与泵浦光位置的连线与y轴成角度θ_j的情况，(θ_j+π)_I表示闲置光位置与泵浦光位置的连线与y轴成角度θ_j+π的情况，ω_1,S表示信号光频率为ω₁的情况，ω_2,I表示闲置光频率为ω₂的情况，ω_2,S表示信号光频率为ω₂的情况，ω_1,I表示闲置光频率为ω₁的情况。

3.根据权利要求1所述的双光子频率和离散路径超纠缠产生方法，其特征在于，所述非线性光子晶体满足多种准相位匹配条件，能够同时发生多个匹配的自发参量下转换过程。

4.根据权利要求3所述的双光子频率和离散路径超纠缠产生方法，其特征在于，所述准相位匹配条件为n对，n为大于等于2的正整数；其中，以O’点对称的路径j和路径n+j的准相位匹配条件记为第j对准相位匹配条件，分别为：

(1)

(2)

式中，为频率为ω_P的泵浦光的波矢量，在信号光和闲置光的空间分布截面上，为路径j处与泵浦光位置的连线与y轴成角度θ_j的、频率为ω₁的信号光的波矢量，为路径n+j处与泵浦光位置的连线与y轴成角度θ_j+π的、频率为ω₂的闲置光的波矢量，为路径j处与泵浦光位置的连线与y轴成角度θ_j的、频率为ω₂的信号光的波矢量，为路径n+j处与泵浦光位置的连线与y轴成角度θ_j+π的、频率为ω₁的闲置光的波矢量，为径向矢量方向上的相位失配量；

相应地，所有匹配的自发参量下转换过程为：一个频率为ω_P的泵浦光光子被非线性光子晶体转化为一个频率为ω_S的信号光光子和一个频率为ω_I的闲置光光子，所述转换过程满足能量守恒ω_P＝ω_S+ω_I。

5.根据权利要求4所述的双光子频率和离散路径超纠缠产生方法，其特征在于，匹配的自发参量下转换过程中的z轴相位失配量均为零，使得所有自发参量下转换过程的效率相同，进而产生最大程度的超纠缠。

6.根据权利要求1所述的双光子频率和离散路径超纠缠产生方法 ，其特征在于，所述室温是指非线性光子晶体设计的工作温度，为20～25℃。