[发明专利]可调轨道角动量量子光源生成装置

说明书

本发明提供一种可调量子光源生成装置，包括：空间上分离的集成OAM发射器和可预报单光子源，其中，可预报单光子源在泵浦光作用下产生信号光子；所述信号光子作为被预报的光子耦合进集成OAM发射器中、并经集成OAM发射器转换为OAM模式后散射到自由空间；所述OAM模式为通过调节所述集成OAM发射器的参数、动态地调控信号光子的OAM模式的阶次。本发明将信号光子作为被预报的光子耦合进集成OAM发射器中、并经集成OAM发射器转换为OAM模式后散射到自由空间，通过调节所述集成OAM发射器的参数、动态地调控信号光子的OAM模式的阶次，实现了单光子OAM模式的阶次可调，能兼顾发射器和光源的设计，具有操控灵活性。

技术领域

本发明涉及光量子信息技术领域，尤其涉及一种可调轨道角动量量子光源生成装置。

背景技术

近年来，光量子信息处理逐渐成为光信息领域的研究热点。光量子态有维度高、安全性高、速度快的优点，适用于量子编码，量子通信和量子成像等。为了充分发挥光量子态的优势，轨道角动量(orbital angular momentum，OAM)作为光子一个无穷维的独立自由度，受到了研究者的广泛关注。在经典光学领域，关于OAM的研究已涉及片上产生、探测、应用等多个方面。在量子光学领域，与OAM光量子态相关的研究还有很大的发展空间。

目前基于OAM的量子光源可以分为集成和非集成两类。基于空间光路系统产生单光子OAM模式的方案发展已较为成熟，但集成的量子光源才是实现大规模光量子信息处理的基础。现有技术中，将量子点种在集成的集成OAM发射器波导中，提出集成的OAM单光子源方案。由于量子点需要工作在低温条件下，且量子点与集成OAM发射器之间需要精确的模式匹配，该工作中单光子OAM模式的阶次是不可调的。固定的OAM模式的阶次限制了该光源在高维量子信息处理领域的应用优势。

发明内容

本发明提供一种可调轨道角动量量子光源生成装置，包括：空间上分离的集成OAM发射器和可预报单光子源，其中，

所述可预报单光子源在泵浦光作用下产生信号光子；

所述信号光子作为被预报的光子耦合进集成OAM发射器中、并经集成OAM发射器转换为OAM模式后散射到自由空间；

所述OAM模式为通过调节所述集成OAM发射器的参数、动态地调控信号光子的OAM模式的阶次。

根据本发明所述的可调轨道角动量量子光源生成装置，其中，所述可预报单光子源是基于非线性介质中的自发四波混频，湮灭一对泵浦光子产生信号光子和闲频光子，将闲频光子作为预报光子，信号光子即为被预报的单光子。

根据本发明所述的可调轨道角动量量子光源生成装置，其中，所述非线性介质为色散位移光纤或硅线波导。

根据本发明所述的可调轨道角动量量子光源生成装置，其中，所述集成OAM发射器由角向均匀分布的若干根下载波导提取微环腔中的回音壁模式，经由中心的同心环型散射光栅发射到自由空间中。

根据本发明所述的可调轨道角动量量子光源生成装置，其中，所述对所述硅波导的波导结构为硅材料构成的微环腔上覆盖钛电极，通过电极通电加热、动态调节微环腔的谐振波长，从而改变集成OAM发射器产生的OAM模式的阶次。

根据本发明所述的可调轨道角动量量子光源生成装置，其中，所述通过调节所述集成OAM发射器的参数、动态地调控信号光子的OAM模式的阶次，包括：

基于所述集成OAM发射器中硅波导的热光效应，通过电极加热在信号光子波长不变的条件下动态调节信号光子的OAM模式的阶次。

根据本发明所述的可调轨道角动量量子光源生成装置，其中，所述通过调节所述集成OAM发射器的参数、动态地调控信号光子的OAM模式的阶次，包括：

通过调节所述集成OAM发射器上钛电极施加的电压，动态调控信号光子的OAM模式的阶次。