[發明專利]光學參量振蕩閾值以上光頻梳的量子特性檢測裝置及方法

有效

• 申請號: 202111371372.1
• 申請日: 2021-11-18
• 公開（公告）號: CN114061913B
• 公開（公告）日: 2022-10-25
• 發明（設計）人: 息朝祥;黃鑫;楊悅晨;姜震;宮新保;何廣強
• 申請（專利權）人: 上海交通大學
• 主分類號: G01M11/02
• 分類號: G01M11/02
• 代理公司: 上海恒慧知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 31317
• 代理人: 劉翠

本發明提供了一種光學參量振蕩閾值以上光頻梳的量子特性檢測裝置及方法。主激光器產生的激光由50:50分光器分開，分別用于相干本振光和光學參量振蕩閾值以上光頻梳的生成。相干本振光和光學參量振蕩閾值以上光頻梳由鎖定裝置鎖定后，一同接入50:50分光器，再接入平衡零差探測器；最終平衡零差探測器的輸出信號接入頻譜分析儀。本發明將光學參量振蕩閾值以上光頻梳和相干本振光鎖定，可以提高量子特性檢測的穩定性，解決光學自由光譜范圍遠大于射頻信號源頻率的問題，避免了高頻信號的電光調制和激光器鎖相，可以高效地進行量子特性檢測。

技術領域

本發明涉及量子特性檢測技術領域，具體地，涉及一種基于頻率鎖定的光學參量振蕩閾值以上光頻梳的量子特性檢測裝置及方法。

背景技術

基于光學微納諧振腔(簡稱微腔)的光學頻率梳為非線性物理研究提供了一個多功能的平臺，并具有從計量學到光譜學的廣泛用途。量子特性是微腔光頻梳的一個未開發的方面，其中數百個等距頻率模式之間的無條件糾纏可以作為可擴展的通用量子計算和量子網絡的關鍵成分。光學微納諧振腔采用克爾非線性效應，通過腔體諧振模式之間的四波混頻提供寬帶的參數增益。泵浦光子在四波混頻中湮滅，從而在較低和較高的頻率上產生信號光子和閑置光子。克爾參數化過程已經被用來證明基于微腔的光頻梳(Science,2011,332(6029):555-559.)和耗散性克爾孤子(Nature photonics,2019,13(3):158-169.)。由于微腔光頻梳有很大的自由光譜范圍(FSR)，從幾千兆赫茲到1太赫茲(Optica,2017,4(2):193-203.)，它能夠從一個單一的微諧振腔提供數百個頻率復用的量子通道，而且通過現成的波分復用濾波器就可以獲得單個量子通道。在確定性體系中的光學參量振蕩(OPO)閾值以上光頻梳，不同頻率模式之間的糾纏可以確定性地產生和檢測，這將是朝著光子芯片上的可擴展量子架構邁出的重要一步。

然而，微腔光頻梳這么大的FSR為量子探測方面帶來了相干本振光難以制備、相干本振光相位噪聲積累等新的問題。目前電光調制方法(Nature Communications,2021,12(1):1-8)只能使用于FSR較小的微腔；也可以采用多臺可調諧激光器鎖相(Scienceadvances,2020,6(39))，但是此方法在鎖定激光器相位時也需要進行高頻電光調制，鎖定系統復雜。

發明內容

本發明針對現有技術中存在的上述不足，提供了一種基于頻率鎖定的光學參量振蕩閾值以上光頻梳的量子特性檢測裝置及方法。

根據本發明的一個方面，提供了一種光學參量振蕩閾值以上光頻梳的量子特性檢測裝置，包括：

相干本振光生成裝置、光學參量振蕩閾值以上光頻梳源、相干本振光鎖定裝置以及檢測裝置；其中：

所述相干本振光生成裝置，用于接收第一路泵浦激光，生成相干本振光輸出至檢測裝置；

所述光學參量振蕩閾值以上光頻梳源，用于接收第二路泵浦激光，并利用該路泵浦激光作為主泵浦激光，產生光學參量振蕩閾值以上光頻梳后輸出檢測裝置；

所述相干本振光鎖定裝置，用于對所述相干本振光生成裝置和所述光學參量振蕩閾值以上光頻梳源進行持續的頻率鎖定；

所述檢測裝置，用于在頻率鎖定狀態下，將所述相干本振光和所述光學參量振蕩閾值以上光頻梳合束后進行量子特性檢測。

優選地，所述相干本振光生成裝置，包括：輔助泵浦激光器、第一光纖放大器、第一光隔離器、第一光環行器、第一光纖布拉格光柵FBG1、第一偏振控制器、第二光纖放大器、第二光隔離器、第二光環行器、第一光纖布拉格光柵FBG2、第二偏振控制器、第三光環行器、第四光環行器、第一溫度控制模塊、第一具有微加熱器的集成微腔和第一電流控制器；其中：