[发明专利]基于PPKTP晶体的全光纤纠缠源及其器件耦合封装方法

说明书

本发明提出了一种基于PPKTP晶体实现的全光纤纠缠源，以及用于该全光纤纠缠源中的参量下转换单元的耦合封装方法。其中，借助光纤器件和光纤传输信道实现纠缠源的光路结构，并将用于实现参量下转换过程的器件以一体封装的方式设置于光路结构中，可以实现更好的系统稳定性，并大大降低调试难度。并且，本发明的纠缠源允许采用较少的光学器件，整体结构简单紧凑，且可以作为光源集成到QKD系统中，从而能够允许实现更高的集成性。此外，本发明的耦合封装方法可以确保在参量下转换单元上实现良好的封装及光耦合效果。

技术领域

本发明涉及量子技术领域，尤其涉及一种基于PPKTP晶体实现的全光纤纠缠源，以及用于该全光纤纠缠源中的参量下转换单元的耦合封装方法。

背景技术

量子纠缠是量子信息学科中最为重要的一个课题，它的制备在实验上有许多方法，其中最为常用的就是利用非线性晶体的参量下转换方法。

图1示出了现有技术中的一种纠缠源结构。如图1所示，波长为518nm的泵浦光由聚焦透镜113汇聚到双向色镜114上，然后进入偏振分束器115被分成水平偏振分量和垂直偏振分量。其中，水平偏振分量经透射输出至第一反射镜116上，由第一反射镜116反射进入PPKTP晶体117，垂直偏振分量经过半波片118后其偏振方向由垂直偏振变成水平偏振，再经第二反射镜119反射进入PPKTP晶体117，经过非线性过程，顺时针和逆时针方向分别产生波长为780nm和1550nm关联光子对。两个方向产生的两对关联光子对然后同时返回到偏振分束器115，最后在偏振分束器115出射波长780nm的光子，从双向色镜114出射波长为1550nm的光子，两光子是纠缠关系。

然而，现有技术为空间光器件搭建，调试难度较大，且系统稳定性低，同时不利于进行系统集成。

发明内容

针对现有技术中存在的上述问题，本发明提出了一种基于PPKTP晶体实现的全光纤纠缠源，以及用于该全光纤纠缠源中的参量下转换单元的耦合封装方法。其中，借助光纤器件和光纤传输信道实现纠缠源的光路结构，并将用于实现参量下转换过程的器件以一体封装的方式设置于光路结构中，可以实现更好的系统稳定性，并大大降低调试难度。并且，本发明的纠缠源允许采用较少的光学器件，整体结构简单紧凑，且可以作为光源集成到QKD系统中，从而能够允许实现更高的集成性。此外，本发明的耦合封装方法可以确保在参量下转换单元上实现良好的封装及光耦合效果。

具体而言，本发明的第一方面涉及一种用于全光纤纠缠源的参量下转换单元的耦合封装方法，其依次包括基本参数确定步骤、耦合准直器布置步骤、PPKTP晶体布置步骤及固化步骤；

在所述基本参数确定步骤中，确定第一耦合准直器和第二耦合准直器之间的工作距离，并根据PPKTP晶体的横截面积确定所述第一耦合准直器和第二耦合准直器的准直光束直径，其中，所述工作距离大于所述PPKTP晶体的长度；

在所述耦合准直器布置步骤中，将所述第一耦合准直器和第二耦合准直器放置于安装结构件中，并借助多维调节机构调节所述第一耦合准直器和/或第二耦合准直器的方位以使收光效率最优；

在所述PPKTP晶体布置步骤中，将所述PPKTP晶体放置于所述安装结构件中，并调节所述PPKTP晶体的方位以使收光效率最优，其中，所述第一耦合准直器和第二耦合准直器位于所述PPKTP晶体的两侧；

在所述固化步骤中，将所述第一耦合准直器、第二耦合准直器和PPKTP晶体的位置固化。

进一步地，所述耦合准直器布置步骤还包括将所述第一耦合准直器的尾纤接入调试光源，以及将所述第二耦合准直器的尾纤接入光功率计的步骤。

优选地，所述调试光源具有与泵浦光相同的波长，或者与参量下转换光相同的波长。

进一步地，在所述固化步骤中，通过点胶方式固定所述第一耦合准直器、第二耦合准直器和PPKTP晶体。