[发明专利]可调轨道角动量量子光源生成装置

权利要求书

1.一种可调轨道角动量量子光源生成装置，其特征在于，包括：空间上分离的集成OAM发射器、可预报单光子源、1/4波片、偏振片、空间光调制器和符合计数模块；

所述可预报单光子源，用于将泵浦光作用到非线性介质上，以使所述非线性介质在四波混频效应的作用下，产生信号光子和闲频光子；

所述集成OAM发射器，用于耦合所述信号光子，以及将所述信号光子转换为OAM模式并散射到自由空间；

所述空间光调制器，用于将入射信号光子从OAM模式单光子态转换为高斯基模单光子态；

所述符合计数模块包括单光子探测器，用于将所述高斯基模耦合入单光子探测器中，与闲频光子进行符合计数；

其中，所述集成OAM发射器，是通过调节其内微环谐振腔的等效折射率，动态地调控OAM模式信号光子的阶次；

所述入射信号光子，为OAM模式信号光子依次经过1/4波片和偏振片后生成的；

所述信号光子为被预报的单光子。

2.根据权利要求1所述的可调轨道角动量量子光源生成装置，其特征在于，所述闲频光子作为预报光子；

所述非线性介质为色散位移光纤或硅线波导；

在所述非线性介质为色散位移光纤的情况下，所述可预报单光子源，包括：

泵浦激光器、色散位移光纤和密集型波分复用器；

其中，所述密集型波分复用器，用于将色散位移光纤中产生的信号光子和闲频光子分为两路；

在所述非线性介质为硅线波导的情况下，所述可预报单光子源，包括：

泵浦激光器和硅线波导。

3.根据权利要求2所述的可调轨道角动量量子光源生成装置，其特征在于，所述集成OAM发射器，包括角向均匀分布的若干根下载波导、微环谐振腔和同心环型散射光栅；

所述微环谐振腔，包括：总线波导和环状波导；

其中，所述总线波导与环状波导之间的耦合间隔为几十到几百纳米；

所述角向均匀分布的若干根下载波导，布置在环状波导内侧；

所述同心环型散射光栅，位于所述若干根下载波导围成的区域中心；

所述OAM模式信号光子，是利用角向均匀分布的若干根下载波导提取微环谐振腔的回音壁模式得到角向相位梯度变化的若干信号光子，并将所述若干信号光子汇聚到同心环型散射光栅上得到的。

4.根据权利要求3所述的可调轨道角动量量子光源生成装置，其特征在于，所述微环谐振腔由硅材料构成，且其上覆盖有钛电极；

所述OAM模式信号光子的阶次的调控，是通过钛电极通电发热、动态调节微环谐振腔的等效折射率实现的。

5.根据权利要求3所述的可调轨道角动量量子光源生成装置，其特征在于，所述单光子探测器封装有单模光纤尾纤，所述符合计数模块，还包括：滤波器和TCSPC；

所述滤波器，用于对从密集型波分复用器或总线波导流出的闲频光子进行滤波；

所述TCSPC，用于对单光子探测器耦合到的高斯基模信号光子和闲频光子进行符合计数。

6.根据权利要求3所述的可调轨道角动量量子光源生成装置，其特征在于，所述可预报单光子源集成在芯片上；

在所述非线性介质为硅线波导的情况下，所述可预报单光子源产生的信号光子和闲频光子同时进入总线波导，通过热调使微环谐振腔的谐振波长与信号光子对齐，信号光子耦合进微环谐振腔中，闲频光子通过总线波导另一端耦合出来，滤波后进入所述单光子探测器中。