[发明专利]一种基于双周期极化薄膜铌酸锂波导的量子纠缠源

说明书

本发明适用于量子物理技术领域，尤其涉及一种基于双周期极化薄膜铌酸锂波导的量子纠缠源。纠缠源包括：波导模块，波导模块包括相互垂直且耦合连接的第一PPLN波导和第二PPLN波导，第一PPLN波导用于接收泵浦光源，第二PPLN波导输出关联的光子对；补偿装置，补偿装置的一端与第二PPLN波导的输出端固定连接，用于接收第二PPLN波导输出的光子对，对光子对进行空间和/或时间补偿，并且对补偿后的相位匹配的光子对进行干涉，形成纠缠态，经过补偿装置的另一端输出；温度调节装置，用于调节波导模块和补偿装置的温度。本发明的量子纠缠源为单路纠缠系统，对波导没有一致性的要求，适用于短波长的PPLN波导纠缠源，而且纠缠亮度更高。

技术领域

本发明适用于量子物理技术领域，尤其涉及一种基于双周期极化薄膜铌酸锂波导的量子纠缠源。

背景技术

量子密钥分发通过量子态的传输，是目前人类唯一已知的不可窃听、不可破译的无条件安全的通信方式。在量子密钥分发信道传输衰减是单链路的平方，在最终码率的提高方面存在制约，而提高纠缠源亮度是提高最终码率最直接的手段之一。

传统的纠缠源是利用周期极化二阶非线性晶体的自发参量下转换来产生量子纠缠，但具有光子对产率低，系统体积大，系统控温难度大(控温电路大)，集成化低等缺点；相比于体块量子光学(自由空间)，量子集成光学具有体积小、稳定性高、操控性强、可重构等特点。铌酸锂作为最重要的非线性光学材料之一，被广泛用于量子光源的制备和量子态的高速调控。随着微加工技术的引入，铌酸锂已经成为量子集成光学的重要平台，能够实现多种自由度编码的单片集成的纠缠光源，进而周期性极化铌酸锂(PPLN)波导是解决量子信息领域纠缠源难题的最佳选择。

目前常用的PPLN波导纠缠源是双路的，例如：授权公告号为CN 209182627 U的中国实用新型专利文件，该专利文件公开了一种基于双PPLN波导的纠缠源，包括光源、偏振分束单元、偏振控制单元、两个PPLN波导及纠缠光子产生单元。偏振分束单元将泵浦光分成偏振方向彼此垂直的两个泵浦光分量。偏振控制单元使泵浦光分量之一在进入PPLN波导之前偏振方向发生90度旋转。两个PPLN波导用于在泵浦光分量作用下基于参量下转换效应产生关联的第一和第二光子对。纠缠光子产生单元同时接收两个光子对且由此输出两路偏振纠缠态的光子对，并且该纠缠源实现了全光纤结构，减小了纠缠源的集成体积，被广泛使用。

然而，上述PPLN波导纠缠源基于双路设置的原因，对波导一致性要求较高，并且很难实现短波长纠缠源。

发明内容

有鉴于此，本发明实施例提供了一种基于双周期极化薄膜铌酸锂波导的量子纠缠源，以解决现有的量子纠缠源很难实现短波长纠缠源的问题。

本申请提供一种基于双周期极化薄膜铌酸锂波导的量子纠缠源，包括：

波导模块，波导模块包括相互垂直且耦合连接的第一PPLN波导和第二PPLN波导，第一PPLN波导用于接收泵浦光源，第二PPLN波导输出关联的光子对；所述相互垂直包括第一PPLN波导的Y轴和第二PPLN波导的Y轴平行，第一PPLN波导的Y轴和第二PPLN波导的Y轴为光的传输方向，第一PPLN波导的X轴和第二PPLN波导的Z轴平行，第一PPLN波导的Z轴和第二PPLN波导的X轴平行；第一PPLN波导和第二PPLN波导以最佳耦合位置进行耦合连接，最佳耦合位置为耦合效率最高对应的位置；耦合效率根据第一PPLN波导和第二PPLN波导输出的光斑功率确定；

补偿装置，补偿装置的一端与第二PPLN波导的输出端固定连接，用于接收第二PPLN波导输出的光子对，对光子对进行空间和/或时间补偿，并且对补偿后的相位匹配的光子对进行干涉，形成纠缠态经过补偿装置的另一端输出；

温度调节装置，用于调节波导模块和补偿装置的温度。