[发明专利]基于单光楔的自发参量下转换过程折射偏离角抑制方法

说明书

本发明涉及一种基于单光楔的自发参量下转换过程折射偏离角抑制方法，在自发参量下转换过程中，为抑制泵浦光入射非线性晶体之后折射偏离角，在非线性晶体前加入单光楔结构，方法为：S1：确定纠缠光o光和e光的波长分别为λ_o、λ_e，确定泵浦光的波长λ_p，以及非线性晶体的材料、尺寸；再根据相位匹配的方式确定晶体切割角θ；S2：当纠缠光在非线性晶体中的折射偏离角为0时，推导出入射角需要满足的关系式；S3：根据单光楔材料确定其折射率n，结合所述入射角关系式，计算得出单光楔的楔角α_c大小。本发明能够减小由于双折射效应发生偏转而带来的影响，准确性较高。

技术领域

本发明属于量子纠缠光源技术领域，尤其涉及一种基于单光楔的自发参量下转换过程折射偏离角抑制方法。

背景技术

目前，传统的光学成像领域存在诸多缺陷，如分辨率受到光学衍射极限的限制，易受环境干扰、精度较低等。量子纠缠成像技术的出现则能有效解决上述传统成像问题。而为了实现量子成像技术，高纠缠性、高能量效率的双光子纠缠源是其中最为重要的一环。近年来，量子纠缠光源得到了迅速发展，在量子探测成像、量子计算、量子密钥分配、隐形传态、计量和安全时间传输等方面得到了广泛的应用，这些技术的核心是由双光子纠缠源制备的纠缠光子对。由于利用自发参量下转换(Spontaneous Parametric Down Conversion,SPDC)过程制备出来的纠缠光子对纯度较高、亮度较高，成为目前双光子纠缠源制备纠缠光子对最成熟、最常用的方法。

SPDC是利用非线性晶体的二阶非线性效应来制备纠缠光子对的。在光场与晶体的非线性作用过程中，一束泵浦光波通过非线性晶体后，在一定概率下产生另外2束频率较低的参量光，其中一束光称为信号光，另一束光称为闲置光。SPDC过程是上述3束光在非线性晶体中的三波混频过程，其满足能量守恒和动量守恒，即“相位匹配”条件。由于非线性晶体的双折射效应，偏振方向不同的光在晶体内的折射率也不同，因此需要选择合适的晶体作为下转换晶体使相位匹配得到满足，从而实现SPDC过程。常用的非线性材料包括偏硼酸钡(barium metaborate,BBO)、磷酸二氢钾(potassium dihydrogen phosphate,KDP)等。

在SPDC过程中，一般使用准直的泵浦激光垂直入射到切割为长方体传统结构的非线性晶体中，但是由于非线性晶体的双折射效应，垂直入射到晶体的泵浦光会发生一定角度的偏转，这会影响相位匹配条件的满足，进而影响产生的纠缠光子对的质量，而在具体的实验过程中，要想使产生的信号光和闲置光在水平面上进行传播，需要对泵浦光传播方向、波片的角度以及晶体的摆放方向等进行微调，调整过程复杂，而且准确性较差。

发明内容

要解决的技术问题：

本发明的目的是通过在光路中加入一个单光楔以保证泵浦光在入射到晶体后沿水平方向传播，减小泵浦光入射到非线性晶体时由于双折射效应发生偏转而带来的影响，进而提升相位匹配条件满足质量，提高产生的纠缠光子对的质量。

采用的技术方案如下：

一种基于单光楔的自发参量下转换过程折射偏离角抑制方法，在自发参量下转换过程中，为抑制泵浦光入射非线性晶体之后折射偏离角的产生，在非线性晶体前加入合适的单光楔结构，具体方法如下：

S1：根据实际需求确定纠缠光o光和e光的波长分别为λ_o、λ_e，进而确定所需泵浦光的波长λ_p，以及所需非线性晶体的材料、尺寸；再根据相位匹配的方式确定所需非线性晶体的晶体切割角θ，其中，所述晶体切割角θ为非线性晶体的光轴方向与水平方向之间的夹角；

S2：在所述非线性晶体前加入一个单光楔，当纠缠光在所述非线性晶体中的折射偏离角为0时，推导出泵浦光在所示非线性晶体前表面的入射角需要满足的关系式，其中，所述折射偏离角是指泵浦光在所述非线性晶体中发生折射后，所述泵浦光在所述非线性晶体中的传播方向与水平方向之间的夹角；