[發明專利]基于邁克爾遜干涉儀的糾纏源產生裝置及產生方法

在審

• 申請號: 202010018584.0
• 申請日: 2020-01-08
• 公開（公告）號: CN111123615A
• 公開（公告）日: 2020-05-08
• 發明（設計）人: 宋紅巖;陳曹萍;錢泳君;安雪碧;王叢柯;丁禹陽
• 申請（專利權）人: 合肥量芯科技有限公司
• 主分類號: G02F1/35
• 分類號: G02F1/35
• 代理公司: 江蘇斐多律師事務所 32332
• 代理人: 王長征

本發明公開了一種基于邁克爾遜干涉儀的糾纏源產生裝置及產生方法，包括泵浦光源、雙色鏡DM，雙波長偏振分束器PBS，雙波長半波片HWP，非線性晶體一和非線性晶體二，泵浦光源的出射光路上依次設有雙色鏡DM和雙波長偏振分束器PBS，雙波長偏振分束器PBS的透射光路上設有非線性晶體一，雙波長偏振分束器PBS的一個反射光路上依次設有雙波長半波片HWP和非線性晶體二，雙波長偏振分束器PBS的另一個出射光路上設有輸出端口一，所述雙色鏡DM的反射光路上設有輸出端口二。本發明光路調節便利，器件常規無需定制，器件數量少，結構簡單、小巧，且泵浦光雙次通過晶體，所需晶體可以減少一半長度，成本低廉。

技術領域

本發明涉及量子通信技術領域，具體涉及一種基于邁克爾遜干涉儀的糾纏源產生裝置及產生方法。

背景技術

量子糾纏源的制備和操控是量子信息領域研究的重點，作為一種物理資源，其在量子隱形傳態和密鑰分發等方面都起著重要作用。光學體系的雙光子糾纏態的產生一般基于非線性晶體、波導或光纖中的非線性效應，通過自發參量等過程產生關聯光子對并進一步干涉產生糾纏。基于非線性晶體參量轉換過程制備糾纏源是比較常用的制備方式，且晶體通常使用BBO晶體、周期極化晶體如PPKTP、PPLN晶體等。

BBO晶體由于受到相位匹配和走離效應對厚度的限制，導致基于此晶體制備的糾纏源亮度一般比較低。而基于周期極化晶體的準相位匹配技術，通過設計周期化的結構，可以保證在整個晶體范圍內基本滿足相位匹配條件，因此可以設計光與晶體作用長度遠遠超過單晶體的準相位匹配晶體，大大提高整個晶體的非線性效率，從而將糾纏源的亮度相對于基于BBO晶體方案提升1-3個數量級。

目前基于周期極化晶體的糾纏源制備方案有很多。圖1所示的常規技術方案與中國專利CN 201810306394公布的方案相似，均是使用雙色PBS和反射鏡，搭建了一個Sagnac環。泵浦光水平和豎直偏振分量分別沿著環的順時針和逆時針傳輸，并分別從晶體兩端入射，產生對向傳輸的參量光，參量光分別沿著順時針和逆時針傳輸，并返回PBS后合束并糾纏。此方案的缺點在于泵浦光和信號光在同一光路傳輸，且光路是一個回環，順時針和逆時針光路重合，泵浦光和參量光光路重合。當需要優化參量光參數而移動環內的光學元件位置或者調節俯仰、擺角等參數時，兩個方向傳輸的泵浦光同樣會受到影響，進而導致兩個方向參量轉換而產生的參量光參數變化，輕微移動，整個環的閉合性可能就會遭受破壞，糾纏不能產生，所以整個Sagnac環一旦搭建好，調節十分困難，需要精細調節并時刻保持光路重合性。圖1中UV Laser表示紫外激光器；single-mode Fiber表示單模光纖；polarizationAnalyzer表示偏振分析模塊；Coincidence Detector表示符合探測。

中國專利201810955748方案中，使用了精細設計和加工的非常規器件將泵浦光水平和豎直偏振分量分離，并從一塊晶體不同位置入射產生糾纏光子對，結構小巧。但是，由于非線性晶體的寬度限制(一般2mm)，所以用來實現光束轉折的光學元件尺寸必須很小，且內部需要鍍上不同需求的膜層，并集成半波片等器件，制作工藝復雜，成本高。

中國專利201821851057中，提出了使用兩個晶體的方案，此方案中泵浦光水平和豎直分量的光在不同光路傳輸，可以獨立分離控制，所以此類系統調節方便，其缺點是，如果想與其他方案達到相同的亮度，需要使用兩塊周期極化非線性晶體，而晶體成本很高，所以導致整個方案成本增加。

發明內容

針對上述現有技術所涉及到的光路調節困難，定制設計器件工藝復雜成本高，雙晶體成本高等缺點，本發明提出一種基于邁克爾遜干涉儀的糾纏源產生裝置及產生方法，本發明光路調節便利，器件常規無需定制，器件數量少，結構簡單、小巧，且泵浦光雙次通過晶體，所需晶體可以減少一半長度，成本低廉。

為實現上述技術目的，本發明采取的技術方案為：