[發明專利]一種單光子源制備系統及方法

有效

• 申請號: 202010110955.8
• 申請日: 2020-02-24
• 公開（公告）號: CN111307282B
• 公開（公告）日: 2021-06-29
• 發明（設計）人: 祝月兵;任瑞;馮波;劉江;葉鵬;張洪波;楊林;劉志輝
• 申請（專利權）人: 四川九洲電器集團有限責任公司
• 主分類號: G01J1/44
• 分類號: G01J1/44;G01J1/42;G01J4/00
• 代理公司: 成都行之專利代理事務所(普通合伙) 51220
• 代理人: 宋輝

本發明為一種單光子源制備系統及方法，該系統包括光脈沖信號發生器和衰減模塊，該系統還包括第一分束模塊和監測模塊，第一分束模塊用于接收衰減模塊輸出的光脈沖信號并將光脈沖信號分為兩路，將一路光脈沖信號輸出給監測模塊，將另一路光脈沖信號作為系統的單光子脈沖信號直接輸出；監測模塊用于接收第一分束模塊輸出的一路光脈沖信號，對光脈沖信號進行符合計數，得到符合計數結果，利用事先標定的符合計數結果與單光脈沖信號平均光子數的映射關系，映射得到單光脈沖信號平均光子數信息并輸出；本發明通過監測模塊實現了對輸出單光子脈沖信號的實時監測，彌補了現有技術無法對單光子源輸出狀態進行精準實時監測的問題。

技術領域

本發明涉及光學技術領域，具體涉及一種單光子源制備系統及方法。

背景技術

隨著量子技術在理論和實驗上的不斷突破，量子通信、量子探測等前沿技術越來越受到人們的關注，其中只包含單個光子的單光子信號源的制備則為其不可或缺的重要環節。為實現單光子脈沖信號的可控輸出，目前常用的方式包括量子點單光子源和衰減單光子源兩類，而量子點單光子源技術雖然具有較好的技術前景，然而其技術尚不成熟，無法實現大規模應用，衰減單光子源將依然是目前更為可靠的單光子源制備方案。然而，由于激光器及衰減器件精度的限制，衰減單光子源的制備依然存在許多不足，如單光子輸出效率不高，衰減器件及光能量測量設備精度有限，衰減后單光子源的輸出狀態無法直接測量和實時監測，無法獲得穩定的單光子源輸出等，不能滿足嚴謹的科研及應用需求。

發明內容

本發明提供一種單光子源制備系統，解決無法對單光子源輸出的單光子脈沖信號的狀態進行實時監測的問題。

本發明通過下述技術方案實現：

本發明提供一種單光子源制備系統，一種單光子源制備系統，包括光脈沖信號發生器和衰減模塊，光脈沖信號發生器輸出光脈沖信號，并通過衰減模塊對光脈沖信號進行衰減后輸出，該系統還包括第一分束模塊和監測模塊；

所述第一分束模塊用于接收衰減模塊輸出的光脈沖信號并將光脈沖信號分為兩路，將一路光脈沖信號輸出給監測模塊，將另一路光脈沖信號作為系統的單光子脈沖信號直接輸出；

所述監測模塊用于接收第一分束模塊輸出的一路光脈沖信號，對光脈沖信號進行符合計數，得到符合計數結果，利用事先標定的符合計數結果與單光脈沖信號平均光子數的映射關系，映射得到單光脈沖信號平均光子數信息并輸出；

本技術方案中，光脈沖信號發生器采用脈沖激光器輸出初始光脈沖信號，通過衰減模塊對初始光脈沖信號進行衰減，將光脈沖信號能量衰減到單光子量級，以滿足單光子制備的要求，然后將經過衰減處理的光脈沖信號輸出給第一分束模塊，第一分束模塊為第一分束器，用于將輸入的光子脈沖信號按照相等的比例分為兩路，一路光脈沖信號輸出給監測模塊，所述監測模塊為HBT實驗系統；將另一路光脈沖信號作為單光子源的輸出端，輸出單光子脈沖信號；當監測模塊接收到第一分束模塊輸出的光脈沖信號后，對光脈沖信號進行符合計數運算，并利用事先標定的符合計數結果與光脈沖信號平均光子數的映射關系，映射得到單光子脈沖信號平均光子數信息；由于第一分束器將光脈沖信號按照相等的比例分為兩路，兩路光脈沖信號相互等價，因此，根據其中一路經過監測模塊輸出的結果，就能夠對另一路用于輸出的單光子脈沖信號的狀態進行表征，完成對單光子源制備系統輸出狀態的實時監測，其中，符合計數運算為現有技術，本說明書中不再贅述。

作為本發明的進一步改進，所述監測模塊包括第四分束模塊、第一單光子探測器、第二單光子探測器和數據處理單元；

所述第四分束模塊用于接收第一分束模塊輸出的光脈沖信號，并將光脈沖信號分為兩路，將一路光脈沖信號輸出給第一單光子探測器，將另一路光脈沖信號輸出給第二單光子探測器；

所述第一單光子探測器和第二單光子探測器均用于接收第四分束模塊輸出的光脈沖信號，對各自接收的光脈沖信號中的光子數進行光子計數探測，并將計數結果輸出給數據處理單元；