一种可预报单光子源产生装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种可预报单光子源产生装置，该装置基于关联双光子产生可预报单光子源中的一种，在该原理的基础上引入激光功率稳定系统、多光子甄别装置和高速光开关，使得单光子输出具有更高的稳定度和更低的噪声。其中，引入激光功率稳定系统，实时反馈并控制泵浦光的波动，间接提高单光子源的输出稳定度。由于单光子的产生是概率事件，存在一定的几率使得两个或两个以上的光子同时产生(即多光子事件)。多光子事件和由非关联光子产生的光子计数事件两者出现的概率决定了单光子源的噪声，通过使用高速光开关尽可能的“剔除”掉多光子事件来降低单光子源噪声，实现单光子源的低噪声高稳定度输出。

A predictable single photon source generator

The invention discloses a predictable single photon source generating device, which generates one of the predictable single photon sources based on the correlated two photons. On the basis of the principle, a laser power stabilization system, a multi-photon discriminator and a high-speed optical switch are introduced, so that the single photon output has higher stability and lower noise. The laser power stabilization system is introduced to feedback and control the fluctuation of the pump light in real time, which indirectly improves the output stability of the single photon source. Since the generation of single photon is a probabilistic event, there is a certain probability that two or more photons can be produced simultaneously (i.e. multiphoton event). The noise of single photon source is determined by the probability of occurrence of multiphoton event and photon counting event produced by non-correlated photon. The noise of single photon source can be reduced by eliminating multiphoton event as much as possible by using high-speed optical switch to achieve low noise and high stability output of single photon source.

【技术实现步骤摘要】
一种可预报单光子源产生装置
本专利技术涉及一种可预报单光子源产生装置。
技术介绍
单光子源广泛应用于量子密码通信、线性量子计算、量子计量等，是量子信息领域不可或缺的重要组成部分。理想单光子源定义为一次给定时间内辐射一个，且仅辐射一个光子的光源；或定义为同时的二阶相关度为零的光源(二阶相关度函数g2(0)＝0)。目前，并不存在理想的单光子源，现有的产生单光子的途径主要有相干光衰减法，基于关联双光子产生的可预报单光子源，量子点光致发光，以及基于单发射中心的单光子产生等。对单光子源产生的基本要求有：能孤立出单光子发射体，发射效率必须足够高，单光子发射必须有方向性，以利于高效耦合输出，足够长的寿命，适合实际需要的波长以及好的相干性。目前，评价单光子源性能的关键参数是二阶相关度函数g2，理想的单光子源g2(0)＝0，各种产生单光子源途径的最终目的是使g2(0)尽可能的接近0。相干光衰减法产生单光子源是目前使用最普遍的方案，原理简单，最常见的，直接对激光光源进行大动态范围衰减，通过测量大动态范围的衰减倍数计算输出光子流速率。该方案输出光子数的误差较大，相较其他方案g2(0)值也较高。通过单发射中心产生单光子源是目前已知的g2(0)值较低的方案之一。然而，该方案需要超低温工作环境，且由于量子点空间和频谱分布随机性以及发射方向的随机性，导致收集效率很低，很难实用化。公开号为CN103076085A的专利技术专利申请，是与本专利技术最接近的方案，该专利申请中述及的基于关联双光子产生可预报单光子源是目前应用较广泛的单光子源之一。该方案通过自发参量下转换效应产生成对的单光子源，因此，一个光子的探测可以用来预报第二个光子的存在。由于成对光子的产生是随机的，基于关联双光子产生的可预报单光子源，不能保证每次有一个或仅有一个光子对产生，所以g2(0)＞0。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提出一种可预报单光子源产生装置，一方面提高单光子源的输出稳定度，另一方面有效降低单光子源中的多光子事件。本专利技术为了实现上述目的，采用如下技术方案：一种可预报单光子源产生装置，包括一条主光路、一条一号并联光子支路、一条二号并联光子支路以及一条反馈支路；其中：在主光路上沿光路传播方向由前向后依次布置有泵浦光源、周期极化晶体和一号分光片；经过一号分光片分出的反射光进入一号并联光子支路；经过一号分光片分出的透射光进入二号并联光子支路；在一号并联光子支路上沿光路传播方向由前向后依次布置有一号带通滤光片、二号分光片、一号单光子探测支路和二号单光子探测支路、与门电路以及超快脉冲发生器；经过二号分光片分出的透射光进入一号单光子探测支路；经过二号分光片分出的反射光进入二号单光子探测支路；在一号单光子探测支路上由前向后依次设有一号透镜和一号单光子探测器；在二号单光子探测支路上由前向后依次设有二号透镜和二号单光子探测器；一号单光子探测器的输出端和二号单光子探测器的输出端分别和与门电路的输入端相连，与门电路的输出端与超快脉冲发生器的输出端相连；在二号并联光子支路上沿光路传播方向由前向后依次布置有三号分光片、二号带通滤光片、光衰减片、光学延时单元和高速光开关；经过三号分光片分出的反射光进入反馈支路；经过三号分光片分出的透射光进入二号带通滤光片；超快脉冲发生器的输出端与高速光开关的控制端相连；反馈支路包括反馈探测器、控制器和调制器，其中：反馈探测器的输出端与控制器的输入端相连，控制器的输出端与调制器的控制端相连，调制器位于泵浦光源与周期极化晶体之间的主光路上。优选地，所述二号分光片的透反比为50:50。优选地，所述周期极化晶体配置有温度控制器。本专利技术具有如下优点：本专利技术是基于关联双光子产生可预报单光子源中的一种，在该原理的基础上引入激光功率稳定系统、多光子甄别装置和高速光开关，使得单光子输出具有更高的稳定度和更低的噪声。基于关联光子产生单光子源利用了非线性光学参量转换效应，单光子的产生是一种概率事件，在微观上是不可控的，宏观上主要通过监测泵浦光光功率的变化来预计单光子产生的波动。本专利技术引入激光功率稳定系统，实时反馈并控制泵浦光的波动，间接提高单光子源的输出稳定度。由于单光子的产生是概率事件，存在一定的几率使得两个或两个以上的光子同时产生，也就是多光子事件。多光子事件和由非关联光子产生的光子计数事件两者出现的概率决定了单光子源的噪声，通过使用高速光开关尽可能的“剔除”掉多光子事件来降低单光子源噪声，实现单光子源的低噪声高稳定度输出。附图说明图1为本专利技术中可预报单光子源产生装置的结构示意图；在图1中，实线代表光信号，虚线代表电信号；其中，1-泵浦光源，2-周期极化晶体，3-一号分光片，4-温度控制器，5-一号带通滤光片，6-二号分光片，7-与门电路，8-超快脉冲发生器，9-一号透镜，10-一号单光子探测器；11-二号透镜，12-二号单光子探测器，13-三号分光片，14-二号带通滤光片，15-光衰减片，16-光学延时单元，17-高速光开关，18-反馈探测器，19-控制器，20-调制器。具体实施方式本专利技术的基本思想为：针对入射激光功率波动，采用一种激光功率稳定系统对入射光进行实时调节，达到稳定输出单光子的目的；针对单光子源噪声问题，加入多光子甄别装置和高速光开关，降低单光子源中的多光子事件，降低g2(0)值。下面结合附图以及具体实施方式对本专利技术作进一步详细说明：结合图1所示，一种可预报单光子源产生装置，包括一条主光路、一条一号并联光子支路、一条二号并联光子支路以及一条反馈支路。其中：在主光路上沿光路传播方向由前向后依次布置有泵浦光源1、周期极化晶体2和一号分光片3。其中：泵浦光源1，用于抽运周期极化晶体2产生关联光子对。周期极化晶体2，可根据泵浦波长和实际需要单光子源波长进行极化周期设计。该周期极化晶体2配置有温度控制器4，用于控制周期极化晶体2的温度处于恒定状态。经过一号分光片3分出的反射光进入一号并联光子支路。经过一号分光片3分出的透射光进入二号并联光子支路。在一号并联光子支路上沿光路传播方向由前向后依次布置有一号带通滤光片5、二号分光片6、一号单光子探测支路和二号单光子探测支路、与门电路7以及超快脉冲发生器8。经过二号分光片6分出的透射光进入一号单光子探测支路。经过二号分光片6分出的反射光进入二号单光子探测支路。二号分光片6的透反比为50:50，使得透反两路光具有相同的光程。在一号单光子探测支路上由前向后依次设有一号透镜9和一号单光子探测器10。在二号单光子探测支路上由前向后依次设有二号透镜11和二号单光子探测器12。上述两个单光子探测器，分别用于接收其中一路关联光子。一号单光子探测支路和二号单光子探测支路的输出端分别和与门电路7的输入端相连，与门电路7的输出端与超快脉冲发生器8的输入端相连。与门电路7，用于对两个单光子探测器的输出信号进行与门计数。在二号并联光子支路上沿光路传播方向由前向后依次布置有三号分光片13、二号带通滤光片14、光衰减片15、光学延时单元16和高速光开关17。经过三号分光片13分出的反射光进入反馈支路；经过三号分光片13分出的透射光进入二号带通滤光片14。分光片用于分离泵浦光和产生的关联光子对以及聚焦光子至单光子探测器的光敏面上。光衰减片15，用于对关联光本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种可预报单光子源产生装置，其特征在于，包括一条主光路、一条一号并联光子支路、一条二号并联光子支路以及一条反馈支路；其中：在主光路上沿光路传播方向由前向后依次布置有泵浦光源、周期极化晶体和一号分光片；经过一号分光片分出的反射光进入一号并联光子支路；经过一号分光片分出的透射光进入二号并联光子支路；在一号并联光子支路上沿光路传播方向由前向后依次布置有一号带通滤光片、二号分光片、一号单光子探测支路和二号单光子探测支路、与门电路以及超快脉冲发生器；经过二号分光片分出的透射光进入一号单光子探测支路；经过二号分光片分出的反射光进入二号单光子探测支路；在一号单光子探测支路上由前向后依次设有一号透镜和一号单光子探测器；在二号单光子探测支路上由前向后依次设有二号透镜和二号单光子探测器；一号单光子探测器的输出端和二号单光子探测器的输出端分别和与门电路的输入端相连，与门电路的输出端与超快脉冲发生器的输出端相连；在二号并联光子支路上沿光路传播方向由前向后依次布置有三号分光片、二号带通滤光片、光衰减片、光学延时单元和高速光开关；经过三号分光片分出的反射光进入反馈支路；经过三号分光片分出的透射光进入二号带通滤光片；超快脉冲发生器的输出端与高速光开关的控制端相连；反馈支路包括反馈探测器、控制器和调制器，其中：反馈探测器的输出端与控制器的输入端相连，控制器的输出端与调制器的控制端相连，调制器位于泵浦光源与周期极化晶体之间的主光路上。...

【技术特征摘要】
1.一种可预报单光子源产生装置，其特征在于，包括一条主光路、一条一号并联光子支路、一条二号并联光子支路以及一条反馈支路；其中：在主光路上沿光路传播方向由前向后依次布置有泵浦光源、周期极化晶体和一号分光片；经过一号分光片分出的反射光进入一号并联光子支路；经过一号分光片分出的透射光进入二号并联光子支路；在一号并联光子支路上沿光路传播方向由前向后依次布置有一号带通滤光片、二号分光片、一号单光子探测支路和二号单光子探测支路、与门电路以及超快脉冲发生器；经过二号分光片分出的透射光进入一号单光子探测支路；经过二号分光片分出的反射光进入二号单光子探测支路；在一号单光子探测支路上由前向后依次设有一号透镜和一号单光子探测器；在二号单光子探测支路上由前向后依次设有二号透镜和二号单光子探测器；一号单光子探测器的输出端和二...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘长明，史学舜，刘红博，张鹏举，庄新港，
申请(专利权)人：中国电子科技集团公司第四十一研究所，
类型：发明
国别省市：山东,37