[发明专利]一种混合型多路复用单光子源的制备装置及工作方法

说明书

本发明涉及一种混合型多路复用单光子源的制备装置及工作方法，该装置中，泵浦激光泵浦周期极化的铌酸锂薄膜，概率性得产生波长不简并的光子对；信号光输入到混合型多路复用模块；空闲光输入到级联式触发单元，当级联式触发单元向信号处理单元仅输出了一个探测信号时，信号处理单元触发混合型多路复用模块对信号光进行空间上的调制，保证输出的信号光的N个波包序列中一个确定性的单光子产生。级联式触发单元有效抑制光子多对效应带来的噪声，使得空闲光的触发结果能够有效宣布信号光是否是单光子，与混合型多路复用模块配合，实现了单个光子的确定性产生，从而实现高提取率和高全同性的单光子源。

技术领域

本发明涉及一种混合型多路复用单光子源的制备装置及工作方法，属于单光子制备领域。

背景技术

实现高提取率、高全同性的量子光源并应用到大规模光量子计算任务中去是目前光量子系统中的研究热点之一。随着快速调制光学器件的发展，一系列基于自发参量下转换(spontaneous parametric down conversion，SPDC)的多路复用“宣布式”单光子源开始被研究，其实现方式包括空间多路复用，时间多路复用等。

每种多路复用光源都有一定的劣势。时间多路复用需要光子数可分辨探测器以及量子存储，这意味着需要调制很长的波包序列，而调制的波包序列越长损耗越大。在空间多路复用中，需要多个SPDC光源，调制的波包序列越长，则需要的单光子探测器就越多。

另一方面，在实验过程中，通常会通过提高泵浦光的功率来提高产生光子对的概率，这会增加高阶激发的影响，即一个波包中会含有多个光子，这部分噪声影响了光子的全同性。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供了一种混合型多路复用单光子源的制备装置，本发明采用的级联式触发单元有效抑制了光子多对效应所带来的噪声，使得空闲光的触发结果能够有效宣布信号光是否是单光子，与时间-空间的混合型多路复用模块配合，实现了单个光子的确定性产生，从而实现高提取率和高全同性的单光子源。

本发明还提供了上述混合型多路复用单光子源的制备装置的工作方法。

术语解释：

1.NPBS：Nonpolarizing beam splitter，NPBS，消偏振分光棱镜。

2.SPD：Single-photondetector，SPD，单光子探测器,对单个光子进行探测和计数。

本发明的技术方案为：

一种混合型多路复用单光子源的制备装置，包括激光器、周期极化的铌酸锂薄膜、二向色镜、级联式触发单元、信号处理单元和混合型多路复用模块；

所述激光器、周期极化的铌酸锂薄膜与二向色镜依次沿光路设置；

在二向色镜的反射光路上设置级联式触发单元；

在二向色镜的透射光路上设置混合型多路复用模块，且级联式触发单元与信号处理单元相连接，信号处理单元与混合型多路复用模块相连接；

激光器输出周期为T，波包序列为N的泵浦激光，泵浦激光泵浦周期极化的铌酸锂薄膜，通过产生准相位匹配的自发参量下转换过程，概率性地产生波长不简并的光子对，即信号光和空闲光；概率性指的是至少含有一个光子的波包对不确定的出现在信号光和空闲光的N个波包序列中；

信号光经过二向色镜发生透射进入透射光路，信号光输入到混合型多路复用模块，用于对信号光进行时间和空间上的调制；

空闲光经过二色向镜发生反射进入反射光路，空闲光的N个波包序列依次输入到级联式触发单元，当级联式触发单元向信号处理单元仅输出了一个探测信号时，信号处理单元触发混合型多路复用模块对信号光进行空间上的调制，从而保证输出的信号光的N个波包序列中一个确定性的单光子产生。