偏振纠缠光子的三明治波导源制造技术

本公开涉及三明治波导，其包括一对基质材料，每一个基质材料中含有波导组件。多个波导组件以物理彼此接触的方式形成复合波导，从而形成三明治波导。

【技术实现步骤摘要】
【专利说明】偏振纠缠光子的三明治波导源(本申请是国际申请日为2011年11月10日、国家申请号为201180054240.4、专利技术名称为“偏振纠缠光子的三明治波导源”的申请的分案申请)相关申请的交叉引用本申请要求2010年11月10日所申请的美国临时案的优先权权益，其临时案编号为61/412010，该专利的内容将被引述在本专利全文中。
本专利技术总体涉及古典与量子光学以及量子信息科学，更具体涉及三明治结构的光波导。
技术介绍
量子信息科学在科学研究领域中快速发展，这其中包含了纠缠光子领域中的研究。在常见的技术中，通常使用Sagnac干涉仪制造非衰退性的偏振纠缠光子对(即不同频率的光子对)。该技术包括使用两束反向传播的强光栗浦或照射非线性晶体，其与以栗浦频率的大致一半为中心的光成I型相位匹配。在干涉仪的一个支路中，光学输入光束和输出光束的偏振方向旋转大约90度。两个支路出来的光在偏振分光镜(PBS)处合并，从PBS出来的光的关于偏振的信息被擦除，且产生量子纠缠光子。栗浦光的波长被两道PBS输出滤掉，且信号以波长做分割。然而，使用Sagnac源具有其缺点。因为它是双向的，其光学元件需要能容忍两种波长且光纤耦合晶体必须能承受相位的不稳定。另一种产生纠缠光子的方法涉及使用两个独立的非线性晶体，分别置于平衡的Mach-Zehnder干涉仪的支路中。在此情况下，进入干涉仪的激光栗浦光在第一 PBS处被分成两路(支路)。如同在Sagnac干涉仪中一样，每个支路中的每个晶体便于经由I型相位匹配产生光子对。在一个支路中，确保在那里产生的光子对的偏振方向与可能在另一支路中产生的光子对的偏振方向正交。支路在第二 PBS处合并可以创造出偏振纠缠态。此解决方法的主要缺点或困难在于干涉仪的支路需要精确的平衡，而两个晶体需要尽可能的相同，以确保有相似的双光子光谱特性。正因此，所以需要提供新的方法与装置应用于三明治波导结构，以克服先前技术所遭遇的难题。
技术实现思路
本专利技术涉及一种用于三明治波导的装置及其方法，此三明治波导装置可克服已知方法与系统中产生偏振纠缠光子时的一些缺点。在实施例中，本专利技术可看作是物理上平坦的Mach-Zehnder干涉仪(从而去除了正常Mach-Zehnder干涉仪中支路部分)或以更通俗的来说，可看作是三明治源。本专利技术涉及可以通过将激光聚焦在两基质材料，如下转换晶体，以三明治的方式夹着的界面而产生的偏振纠缠双光子态。术语双光子是指无法以传统方式描述的两个光子。在一个实施例中，被栗浦出或发射出来的激光波长接近于二次谐波波长，二次谐波的波长相对于期望的输出双光子态的波长而言。具体而言，可以选择栗浦光或入射光的波长以提高纠缠光子的产量和质量，且不但与晶体或基质材料有关，也与将双光子中的非衰退波长分开的能力有关。晶体最好能满足输入波长与双光子态的波长的I型、II型或准相位匹配。当在I型相位匹配的情况下操作时，为了产生纠缠光子，两晶体要使它们各自的下转换光子以彼此不平行的偏振方向发出。在优选实施例中，其中一个下转换晶体所产生的下转换光子与另一个晶体产生的下转换光子的偏振方向垂直。在本专利技术的实施例中涉及使用波导改善纠缠态光子的生成效率，尽管这是非必要的。当在II型相位匹配的情况下操作时，双光子波长非衰退。在一个实施例中，其中一个下转换晶体所产生的双光子对的一半即具有较短波长)的偏振方向与另一个下转换晶体所产生的双光子对的一半(也具有较短波长)的偏振方向垂直。根据本专利技术的一个方面，提供一种系统，包括:三明治源，其响应于在第一晶体和第二晶体之间的界面处栗浦到所述三明治源中的光，来产生偏振纠缠光子，所述三明治源包括:所述第一晶体，其具有第一接合面；以及所述第二晶体，其具有第二接合面，所述第一接合面在所述第一晶体和所述第二晶体之间的所述界面处接合至所述第二接合面，所述界面从所述三明治源的输入端延伸至所述三明治源的输出端；输入，其光耦合至所述三明治源的输入端，以在所述界面处将光栗浦到所述三明治源中；以及输出，其光耦合至所述三明治源的输出端，以收集所述三明治源所产生的偏振纠缠光子。根据本专利技术的另一方面，提供一种方法，包括以下步骤:将光栗浦到三明治源的输入端中，所述三明治源包括:第一晶体，其具有第一接合面；以及第二晶体，其具有第二接合面，所述第一接合面在所述第一晶体和所述第二晶体之间的所述界面处接合至所述第二接合面，所述界面从所述三明治源的输入端延伸至所述三明治源的输出端；响应于在所述第一晶体和所述第二晶体之间的所述界面处栗浦到所述三明治源的光，来在所述三明治源中产生偏振纠缠光子；以及从所述三明治源的输出端收集所述偏振纠缠光子。【附图说明】现将参照附图仅以示例的方式描述本专利技术的实施例。图1为实施例中三明治波导源以及如何产生量子纠缠光子的示意图；图2为制作三明治波导源的第一方法流程图；图3为建构三明治波导源的另一实施例的流程图；图4为描述图3的方法的示例的示意图；并且图5为三明治波导源的示意图。【具体实施方式】以下的分类说明为了提供本说明书的更好理解。“实验参考面(Lab reference frame) ” 一般将重力的方向视为垂直，而与重力方向垂直的方向视为水平。“晶体参考面(Crystal reference frame) ”是指晶体内的键结方向。举例来说，对于单轴材料，其z或“Z”轴通常可看作晶体“c”轴，或是视为通常在其中发现晶体中原子间最大分离的方向。晶体参考面不一定与实验参考面一致。“下转换(Down convers1n) ”是指一种称为参数下转换的物理过程。此过程可被激发或自发，并且描述栗浦光子的裂变进入到两个衰变光子时节约能源与动力的物理过程。“I型(Type I) ”为下转换的一种类型，其中下转换光子有相同的偏振方向。“II型(Type II) ”为下转换的一种类型，其中下转换光子的偏振方向正交。“相位匹配(Phase Matching) ”，即裂变光子与栗浦光子有良好的相位匹配。这通常也称作动量匹配，也可显著的决定裂变光子的波长。“栗浦(Pumping) ”，为导入或注入激光或传统光于基质材料或波导内。本专利技术涉及三明治波导。在一个实施例中，三明治波导用于偏振纠缠光子的源。在一个实施例中，三明治波导源可以包括一对包括波导组件的下转换晶体。图1为实施例中三明治波导源以及量子纠缠效应是如何产生的的示意图。在第一基质材料如晶体10中的波导组件12可视为第一波导组当前第1页1 2 3 4 本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种系统，包括：三明治源，其响应于在第一晶体和第二晶体之间的界面处泵浦到所述三明治源中的光，来产生偏振纠缠光子，所述三明治源包括：所述第一晶体，其具有第一接合面；以及所述第二晶体，其具有第二接合面，所述第一接合面在所述第一晶体和所述第二晶体之间的所述界面处接合至所述第二接合面，所述界面从所述三明治源的输入端延伸至所述三明治源的输出端；输入，其光耦合至所述三明治源的输入端，以在所述界面处将光泵浦到所述三明治源中；以及输出，其光耦合至所述三明治源的输出端，以收集所述三明治源所产生的偏振纠缠光子。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：罗夫·谢伦·霍恩，
申请(专利权)人：昆士技术有限公司，
类型：发明
国别省市：加拿大;CA