[發明專利]一種波形可控的單光子產生裝置及方法

在審

• 申請號: 202010940191.5
• 申請日: 2020-09-09
• 公開（公告）號: CN112034661A
• 公開（公告）日: 2020-12-04
• 發明（設計）人: 孔焯平;王云飛;李建鋒;蘇柯宇;顏輝
• 申請（專利權）人: 華南師范大學
• 主分類號: G02F1/35
• 分類號: G02F1/35;G02B27/28
• 代理公司: 廣州容大知識產權代理事務所(普通合伙) 44326
• 代理人: 潘素云

本發明公開了一種波形可控的單光子產生裝置及方法，該裝置包括大光學厚度冷原子團、泵浦光、耦合光、四分之一波片、偏振分束器、光纖耦合頭、單模光纖、高性能窄帶濾波器、單光子探測器、非球面凸透鏡、高反鏡以及水平位移臺；利用二維磁光阱技術囚禁銣85原子得到的長條形冷原子團，大失諧的弱泵浦光和共振的強耦合光同時反向作用于冷原子系綜并與z軸成2.36°，發生自發四波混頻過程，然后反向產生相位匹配的糾纏光子對：斯托克斯光子和反斯托克斯光子；利用耦合光光強的改變去操控反斯托克斯光子在電磁誘導透明介質中傳播的群速度，從而控制單光子波包的寬度，實現單光子波形寬度的操控。本發明不僅降低成本，而且簡化了實驗上的操作。

技術領域

本發明涉及單光子產生技術領域，具體涉及一種波形可控的單光子產生裝置及方法。

背景技術

在量子信息和量子網絡等領域迅速發展的背景下，光子一直是人們關注的焦點和研究的對象；光子具有傳輸速度快、抗干擾能力強、可攜帶偏振、相位、波長等信息特性，被稱為量子信息的最佳載體，也是幫助人類文明跨入量子信息時代的重要工具；冷原子以其具備耦合強度大、相干時間長等優點，可以用來產生優質單光子?；诶湓幼园l四波混頻方法產生的單光子具有線寬窄，波形易操控等優點，可以實現光子與介質之間量子信息的高效傳遞，有助于提高量子通信和量子計算的效率。

實現光與介質的高效信息傳遞，主要是通過控制單光子的線寬和波形來實現。例如在實現基于電磁誘導透明的量子存儲過程中，提高存儲效率需要控制單光子的線寬小于電磁誘導透明介質帶寬(1MHz)，并且需將單光子波形調制成近高斯狀。基于冷原子自發四波混頻的單光子產生方案不僅可以產生窄線寬的單光子，還可以實現單光子波形的任意調制，可以為實現高效率量子存儲提供優質的單光子。并且基于冷原子自發四波混頻的單光子波形調制屬于源內部的調制，不需要額外的外置幅度調制器，因此可以有效降低單光子的損耗，提高光子的利用率。

發明內容

有鑒于此，為了可以進一步發展量子信息處理的先進技術、研究更多光子的特性、提升量子存儲的效率，本發明提供了一種波形可控的單光子產生裝置及方法，能夠更簡便地操控光子波形、波包寬度以及波包位置。

本發明通過以下技術手段解決上述問題：

一方面，本發明提供一種波形可控的單光子產生裝置，包括大光學厚度冷原子團、泵浦光、耦合光、第一四分之一波片、第一偏振分束器、第一光纖耦合頭、第一單模光纖、第一高性能窄帶濾波器、第一單光子探測器、第二四分之一波片、第二偏振分束器、第二光纖耦合頭、第二單模光纖、第二高性能窄帶濾波器、第二單光子探測器、非球面凸透鏡、高反鏡以及水平位移臺；

所述大光學厚度冷原子團，是利用二維磁光阱技術囚禁堿金屬原子所獲到的長條形冷原子團；

所述泵浦光，是大失諧耦合的弱相干光，和強耦合光同時存在于冷原子系綜且與z軸成小角度對打后，會發生連續的自發四波混頻過程，然后反向產生相位匹配的糾纏光子對：斯托克斯光子和反斯托克斯光子；

所述耦合光，是強耦合共振相干光，和大失諧泵浦光同時存在于冷原子系綜且與z軸成小角度對打后，會發生連續的自發四波混頻過程，然后反向產生相位匹配的糾纏光子對：斯托克斯光子和反斯托克斯光子；

所述第一四分之一波片，把由自發四波混頻所產生的圓偏振光斯托克斯光子轉變為水平線偏振光；其后面搭配第一偏振分束器組合成偏振濾波結構，作用是將目標光子偏振以外的其他偏振的噪聲光子過濾掉，提高信噪比；

所述第一偏振分束器，其前面搭配第一四分之一波片，組合成偏振濾波結構，起偏振濾波作用，作用是過濾掉目標光子偏振以外的其他偏振的噪聲光子，提高信噪比；

所述第一光纖耦合頭，用來將光子收集進第一單模光纖；

所述第一單模光纖，用來傳輸第一光纖耦合頭收集到的光子；