[发明专利]一种光纤陀螺仪用紧凑型预报单光子源及其产生方法

权利要求书

1.一种用于量子高阶干涉光纤陀螺仪的紧凑型预报单光子源，其特征在于：包括二极管激光器、单模光纤、桨式光纤偏振控制器、第一圆锥型光纤透镜、周期极化非线性晶体波导、温控器、第二圆锥型光纤透镜、保偏单模光纤及保偏光纤偏振分束器；所述二极管激光器发出近紫外入射激光束通过尾纤输出连接至单模光纤；单模光纤以2:4:2或3:6:3绕制方式绕在桨式光纤偏振控制器，单模光纤后端部形成第一圆锥型光纤透镜，通过调节桨式光纤偏振控制器使经过第一圆锥型光纤透镜聚焦、出射的激光束为水平线偏振态激光束，第一圆锥型光纤透镜锥形端部对接至周期极化非线性晶体波导，调节第一圆锥型光纤透镜一端及周期极化非线性晶体波导的端面，使经聚焦后的水平线偏振态激光束耦入周期极化非线性晶体波导形成参量光束，周期极化非线性晶体波导设置于温控器上表面，周期极化非线性晶体波导输出端对接形成于保偏单模光纤端部的第二圆锥型光纤透镜的锥形端部，第二圆锥型光纤透镜收集从周期极化非线性晶体波导发出的参量光束，保偏单模光纤的出射端与保偏光纤偏振分束器相连，保偏光纤偏振分束器分离出相互正交的偏振态参量光，该相互正交的偏振态参量光从两个尾纤端口输出。

2.根据权利要求1所述的用于量子高阶干涉光纤陀螺仪的紧凑型预报单光子源，其特征在于：所述周期极化非线性晶体波导采用Ti扩散LiNbO₃波导，周期极化非线性晶体波导包括LiNbO₃波导基底及Ti扩散部分，其参数设置为：0类共线相位匹配的畴的周期Λ＝2.75mm，当入射激光束的中心波长为405nm时，发生下转换产生参量光束的中心波长为810nm，两参量光束的光子均为水平偏振态。

3.根据权利要求1所述的用于量子高阶干涉光纤陀螺仪的紧凑型预报单光子源，其特征在于：所述第一圆锥型光纤透镜的参数设置为：针对泵浦光波长405nm，以SM405光纤制作，曲率半径为9μm，剥纤长度为5mm；所述第二圆锥型光纤透镜参数设置为：针对810nm，以HI780光纤制作，曲率半径为6μm，剥纤长度为5mm。

4.根据权利要求1所述的用于量子高阶干涉光纤陀螺仪的紧凑型预报单光子源，其特征在于：所述第一圆锥形光纤透镜、第二圆锥形光纤透镜，其锥形端部为半锥形端部，其半锥形端部与周期极化非线性晶体波导的Ti扩散部分对应。

5.一种利用权利要求1-4中任意一项紧凑型预报单光子源的单光子源产生方法，其特征在于：所述发生方法包括如下步骤：

1)二极管激光器发出中心波长为405nm的近紫外入射激光束，通过其f＝11.0mm的非球面镜耦合到其尾纤后与单模光纤相连；

2)单模光纤以2:4:2或3:6:3绕制方式绕在桨式光纤偏振控制器上，通过调节桨式光纤偏振控制器使经过第一圆锥型光纤透镜聚焦、出射的激光束为水平线偏振态激光束；

3)调节第一圆锥型光纤透镜一端相对于周期极化非线性晶体波导端面的左右倾角、上下倾角、焦距、左右平移和上下平移5个维度相对位置，使经聚焦后的激光束耦入所述周期极化非线性晶体波导，使耦合达到最大；用紫外固化胶或其他类似胶固定圆锥光纤透镜和周期极化非线性晶体波导的相对位置；

4)周期极化非线性晶体波导其具体参数为：采用Ti扩散LiNbO₃波导，扩散部分深度≈3μm；当入射激光束的中心波长为405nm时，发生下转换产生参量光束的中心波长为810nm，两参量光束的光子均为水平偏振态；

5)调节温控器，对周期极化非线性晶体波导进行温控，使所述周期极化非线性晶体波导端面工作温度为42.6℃，达到最高转换效率，实现准相位匹配；

6)通过所述第二圆锥型光纤透镜仅收集从周期极化非线性晶体波导发出的参量光束，保偏单模光纤耦合的过程等效于进行了空间滤波，只留下基模，即高斯模式，调节第二圆锥型光纤透镜相对周期极化非线性晶体波导的左右倾角、上下倾角、焦距、左右平移和上下平移5个维度相对位置，使耦合达到最大，然后用紫外固化胶等固定第二圆锥型光纤透镜和周期极化非线性晶体波导的相对位置；

7)将保偏单模光纤的出射端与保偏光纤偏振分束器相连，该保偏光纤偏振分束器针对参量光束波长，将相互正交的偏振态参量光束分离，从两个尾纤端口输出，形成单光子源。