[发明专利]一种单光子双自由度纠缠产生与测量实验装置

权利要求书

1.一种单光子双自由度纠缠产生与测量实验装置，其特征在于：该装置包括沿光路方向依次设置的关联光子源模块(1)和纠缠态制备模块(2)；

所述关联光子源模块(1)，用于生成自旋单光子束；

所述纠缠态制备模块(2)，用于将自旋单光子束生成自旋轨道角动量纠缠态的单光子束，自旋轨道角动量纠缠态即双自由度纠缠。

2.如权利要求1所述的单光子双自由度纠缠产生与测量实验装置，其特征在于：所述纠缠态制备模块(2)包括沿关联光子源模块(1)生成的自旋单光子束的光路方向依次设置的第二调制单元、轨道角动量单元(24)；

所述第二调制单元，用于调整关联光子源模块(1)生成的自旋单光子束的相位和光强；

所述轨道角动量单元(24)，用于将第二调制单元射出的自旋单光子束生成自旋轨道角动量纠缠态的单光子束。

3.如权利要求2所述的单光子双自由度纠缠产生与测量实验装置，其特征在于：所述第二调制单元包括沿光路方向依次设置的第二四分之一波片(21)、第二半波片(22)和第三偏振分束器(23)。

4.如权利要求2或3所述的单光子双自由度纠缠产生与测量实验装置，其特征在于：该装置还包括量子态层析模块(3)，所述量子态层析模块(3)包括沿纠缠态制备模块(2)生成的自旋轨道角动量纠缠态的单光子束的光路方向依次设置的第三透镜(31)、第四四分之一波片(32)、第三半波片(33)、第四偏振分束器(34)、第四透镜(35)、空间光相位调制器(36)；所述空间光相位调制器(36)，用于和已知轨道角动量的横向相位图相互配合以获知纠缠态制备模块(2)制备出的自旋轨道角动量单光子束的轨道角动量；

所述第三透镜(31)和第四透镜(35)的焦距相等，所述第三透镜(31)和第四透镜(35)沿光路方向的间距为两倍的该焦距；所述第三透镜(31)和轨道角动量单元(24)沿光路方向的间距为一倍的该焦距；所述空间光相位调制器(36)与第四透镜(35)沿光路方向的间距为一倍的该焦距。

5.如权利要求4所述的单光子双自由度纠缠产生与测量实验装置，其特征在于：所述量子态层析模块(3)还包括第五透镜(37)和第六透镜(38)；所述空间光相位调制器(36)与纠缠态制备模块(2)制备出的自旋轨道角动量单光子束的光路方向之间设置有夹角，用于使空间光相位调制器(36)对自旋轨道角动量单光子束的反射方向偏离入射方向，所述第五透镜(37)和第六透镜(38)沿反射方向依次设置；

所述第五透镜(37)的焦距和第六透镜(38)的焦距相等，且等于第三透镜(31)的焦距和第四透镜(35)的焦距，第五透镜(37)和第六透镜(38)沿反射方向的间距为两倍的该焦距，空间光相位调制器(36)和第五透镜(37)沿反射方向的间距为一倍的该焦距；

所述关联光子源模块(1)生成的自旋单光子束包括两组自旋单光子束，两组自旋单光子束构成关联光子束，其中一组射入至纠缠态制备模块(2)；该装置还包括光子探测模块(4)，另一组自旋单光子束射入至光子探测模块(4)；所述光子探测模块(4)，用于获取量子态层析模块(3)经第六透镜(38)射出的自旋单光子束与关联光子源模块(1)生成的另一组自旋单光子束构成的关联光子对。

6.如权利要求5所述的单光子双自由度纠缠产生与测量实验装置，其特征在于：所述关联光子源模块(1)包括沿光路方向依次设置的激光器(111)、第一调制单元、第一透镜(115)、非线性晶体(116)、第二透镜(117)、第二偏振分束器(118)；所述第二偏振分束器(118)远离第二透镜(117)的一侧设置有第一滤光片(119)，所述第二偏振分束器(118)与第一滤光片(119)相邻的一侧设置有第二滤光片(120)，且第二滤光片(120)所在的光路方向与第一滤光片(119)所在的光路方向相垂直；所述第一滤光片(119)和第二滤光片(120)分别用于射出自旋单光子束；

所述第一调制单元，用于调整激光器(111)射出的单光子束的相位和光强。