[發明專利]二維磁光阱系統及其制備窄線寬單光子源的方法

無效

• 申請號: 201310139383.6
• 申請日: 2013-04-19
• 公開（公告）號: CN103258579A
• 公開（公告）日: 2013-08-21
• 發明（設計）人: 廖開宇;何君鈺;顏輝
• 申請（專利權）人: 華南師范大學
• 主分類號: G21K1/00
• 分類號: G21K1/00;H04B10/70
• 代理公司: 廣州市華學知識產權代理有限公司 44245
• 代理人: 楊曉松

技術領域

本發明涉及一種二維磁光阱系統，尤其是一種二維磁光阱系統及其制備窄線寬單光子源的方法，屬于光子傳輸技術領域。

背景技術

光子是傳遞電磁相互作用的基本粒子，是電磁輻射的載體，在量子場論中光子是傳遞電磁相互作用的媒介子，而在量子通信系統中，它被認為是理想的信息傳輸載體，但是信道中的光子隨傳輸距離指數衰減限制了其通信的距離，遠距離的量子通信則需要利用基于量子存儲器的量子中繼，而量子存儲器能存儲的光子線寬不能大于自然線寬(MHz量級)，因此窄線寬單光子源至關重要。

目前，普遍采用腔增強的自發參量下轉換過程，以產生窄線寬的糾纏光子對，進而得到窄線寬單光子源的常用方法，然而這種方法的缺陷是光學腔的控制在技術上比較難，同時產生的光子中心頻率也很難符合量子存儲器的要求。

發明內容

本發明的目的是為了解決上述現有技術的缺陷，提供一種結構合理、使用方便，可以獲得長條型冷原子團的二維磁光阱系統。

本發明的另一目的在于提供一種上述系統制備窄線寬單光子源的方法。

本發明的目的可以通過采取如下技術方案達到：

二維磁光阱系統，其特征在于：包括兩對反亥姆霍茲線圈、石英真空腔、離子泵、帶堿金屬釋放劑的電流饋通、真空閥、六通接頭、第一玻璃窗口、第二玻璃窗口以及用于產生六束冷卻光的第一半導體激光器，所述六通接頭的六個開口分別與石英真空腔、離子泵、電流饋通、真空閥、第一玻璃窗口和第二玻璃窗口連接；所述兩對反亥姆霍茲線圈分別水平對稱放置和豎直對稱放置以罩住石英真空腔。

作為一種優選方案，所述石英真空腔通過金屬法蘭與六通接頭的上部開口連接，所述離子泵與六通接頭的左部開口連接，所述電流饋通與六通接頭的右部開口連接，所述真空閥與六通接頭的后部開口連接，所述第一玻璃窗口與六通接頭的前部開口連接，所述第二玻璃窗口與六通接頭的下部開口連接。

作為一種優選方案，所述每個反亥姆霍茲線圈的尺寸為10cm*30cm，兩對反亥姆霍茲線圈在石英真空腔中心處形成一個柱狀的梯度磁場。

作為一種優選方案，所述第一半導體激光器產生的六束冷卻光為圓截面的高斯光束，分布在兩對反亥姆霍茲線圈的周圍。

作為一種優選方案，所述六束冷卻光中，其中兩束冷卻光與反亥姆霍茲線圈形成的豎直平面垂直，直徑為38mm；四束冷卻光與反亥姆霍茲線圈形成的水平面夾角為45度，直徑為25.4mm。

本發明的另一目的可以通過采取如下技術方案達到：

二維磁光阱系統制備窄線寬單光子源的方法，其特征在于包括以下步驟：

1)采用電流饋通加熱堿金屬釋放劑，維持真空中待冷卻原子的數量；

2)將真空閥連接一個前級真空泵，打開真空閥，將二維磁光阱系統內部抽到超高真空后，關閉真空閥，并利用離子泵將二維磁光阱系統內部維持在超高真空狀態；

3)采用大直流電流通于兩對反亥姆赫茲線圈中，使反亥姆赫茲線圈在石英真空腔中心處形成一個柱狀的梯度磁場；

4)通過第一半導體激光器產生冷卻光，獲得長條型冷原子團，并制備至四波混頻的初態；

5)通過第一半導體激光器停止發射冷卻光，通過第二半導體激光器產生泵浦光和耦合光，所述泵浦光和耦合光分別與冷原子團的長軸方向呈2～4度夾角，并反向對稱入射冷原子團；

6)所述泵浦光和耦合光分別與冷原子團碰撞，在冷原子團的長軸方向產生一個斯托克斯光子，當該斯托克斯光子觸發單光子探測器，則產生了一個反向對稱散射的單光子，該單光子即為反斯托克斯光子，反向收集斯托克斯光子和反斯托克斯光子；

7)在冷原子團擴散前，通過第二半導體激光器停止發射泵浦光和耦合光，返回步驟4)進行下一次的制備。

本發明相對于現有技術具有如下的有益效果：

1、本發明的二維磁光阱系統利用兩對反亥姆赫茲線圈替換傳統的一對反亥姆霍茲線圈，通過與反亥姆霍茲線圈的豎直平面垂直的冷卻光，以及與反亥姆霍茲線圈的水平面形成45度夾角的冷卻光，可獲得光學厚度的長條型冷原子團，且不破壞其基態間的相干性。

2、本發明的二維磁光阱系統在制備單光子源時，通過第二半導體激光器產生的泵浦光和耦合光，與最終產生的信號光(斯托克斯光子和反斯托克斯光子)小角度分開可以避免來自泵浦光和耦合光的噪聲，且反向收集信號光更易于后期濾波，單光子源具有很高的信噪比。