[實用新型]一種單光子雙自由度糾纏產生與測量實驗裝置

有效

• 申請號: 202022162519.3
• 申請日: 2020-09-28
• 公開（公告）號: CN212321995U
• 公開（公告）日: 2021-01-08
• 發明（設計）人: 周志遠;毛昉;李銀海
• 申請（專利權）人: 青島鯤騰量子應用技術有限公司
• 主分類號: G02B27/28
• 分類號: G02B27/28;G02F1/35;G02F1/355
• 代理公司: 合肥和瑞知識產權代理事務所(普通合伙) 34118
• 代理人: 王挺

1.一種單光子雙自由度糾纏產生與測量實驗裝置，其特征在于：該裝置包括沿光路方向依次設置的關聯光子源模塊(1)和糾纏態制備模塊(2)；

所述關聯光子源模塊(1)，用于生成自旋單光子束；

所述糾纏態制備模塊(2)，用于將自旋單光子束生成自旋軌道角動量糾纏態的單光子束，自旋軌道角動量糾纏態即雙自由度糾纏。

2.如權利要求1所述的單光子雙自由度糾纏產生與測量實驗裝置，其特征在于：所述糾纏態制備模塊(2)包括沿關聯光子源模塊(1)生成的自旋單光子束的光路方向依次設置的第二調制單元、軌道角動量單元(24)；

所述第二調制單元，用于調整關聯光子源模塊(1)生成的自旋單光子束的相位和光強；

所述軌道角動量單元(24)，用于將第二調制單元射出的自旋單光子束生成自旋軌道角動量糾纏態的單光子束。

3.如權利要求2所述的單光子雙自由度糾纏產生與測量實驗裝置，其特征在于：所述第二調制單元包括沿光路方向依次設置的第二四分之一波片(21)、第二半波片(22)和第三偏振分束器(23)。

4.如權利要求2或3所述的單光子雙自由度糾纏產生與測量實驗裝置，其特征在于：該裝置還包括量子態層析模塊(3)，所述量子態層析模塊(3)包括沿糾纏態制備模塊(2)生成的自旋軌道角動量糾纏態的單光子束的光路方向依次設置的第三透鏡(31)、第四四分之一波片(32)、第三半波片(33)、第四偏振分束器(34)、第四透鏡(35)、空間光相位調制器(36)；所述空間光相位調制器(36)，用于和已知軌道角動量的橫向相位圖相互配合以獲知糾纏態制備模塊(2)制備出的自旋軌道角動量單光子束的軌道角動量；

所述第三透鏡(31)和第四透鏡(35)的焦距相等，所述第三透鏡(31)和第四透鏡(35)沿光路方向的間距為兩倍的該焦距；所述第三透鏡(31)和軌道角動量單元(24)沿光路方向的間距為一倍的該焦距；所述空間光相位調制器(36)與第四透鏡(35)沿光路方向的間距為一倍的該焦距。

5.如權利要求4所述的單光子雙自由度糾纏產生與測量實驗裝置，其特征在于：所述量子態層析模塊(3)還包括第五透鏡(37)和第六透鏡(38)；所述空間光相位調制器(36)與糾纏態制備模塊(2)制備出的自旋軌道角動量單光子束的光路方向之間設置有夾角，用于使空間光相位調制器(36)對自旋軌道角動量單光子束的反射方向偏離入射方向，所述第五透鏡(37)和第六透鏡(38)沿反射方向依次設置；

所述第五透鏡(37)的焦距和第六透鏡(38)的焦距相等，且等于第三透鏡(31)的焦距和第四透鏡(35)的焦距，第五透鏡(37)和第六透鏡(38)沿反射方向的間距為兩倍的該焦距，空間光相位調制器(36)和第五透鏡(37)沿反射方向的間距為一倍的該焦距；

所述關聯光子源模塊(1)生成的自旋單光子束包括兩組自旋單光子束，兩組自旋單光子束構成關聯光子束，其中一組射入至糾纏態制備模塊(2)；該裝置還包括光子探測模塊(4)，另一組自旋單光子束射入至光子探測模塊(4)；所述光子探測模塊(4)，用于獲取量子態層析模塊(3)經第六透鏡(38)射出的自旋單光子束與關聯光子源模塊(1)生成的另一組自旋單光子束構成的關聯光子對。

6.如權利要求5所述的單光子雙自由度糾纏產生與測量實驗裝置，其特征在于：所述關聯光子源模塊(1)包括沿光路方向依次設置的激光器(111)、第一調制單元、第一透鏡(115)、非線性晶體(116)、第二透鏡(117)、第二偏振分束器(118)；所述第二偏振分束器(118)遠離第二透鏡(117)的一側設置有第一濾光片(119)，所述第二偏振分束器(118)與第一濾光片(119)相鄰的一側設置有第二濾光片(120)，且第二濾光片(120)所在的光路方向與第一濾光片(119)所在的光路方向相垂直；所述第一濾光片(119)和第二濾光片(120)分別用于射出自旋單光子束；

所述第一調制單元，用于調整激光器(111)射出的單光子束的相位和光強。