一种光子轨道角动量本征态纠缠产生装置制造方法及图纸

一种光子轨道角动量本征态纠缠产生装置及方法，涉及一种光子轨道角动量本征态纠缠的产生技术，为了拓宽量子纠缠的应用范围。激光器出射的脉冲激光入射至BBO晶体，BBO晶体出射的偏振态纠缠光子对中的一个光子入射至第一轨道角动量调制系统，另一个光子入射至第二轨道角动量调制系统，第一轨道角动量调制系统出射的光子和第二轨道角动量调制系统出射的光子轨道角动量本征态纠缠。本发明专利技术适用于制备高维量子态纠缠光子对。

Photon orbit angular momentum eigen state entanglement generation device and method

The invention relates to a photon track angular momentum eigen state entanglement generation device and a method, which relates to a photon track angular momentum eigen entanglement generation technique, in order to broaden the application range of quantum entanglement. Laser incident laser pulse to BBO crystal, BBO crystal output polarization entangled photon pairs in a photon incident to the first orbital angular momentum modulation system, another incident to the second photon orbital angular momentum modulation system, emission photon and second photon orbital angular momentum modulation system track shooting angle the momentum eigenstate entanglement first orbital angular momentum modulation system. The invention is suitable for preparing entangled photon pairs of high dimensional quantum states.

【技术实现步骤摘要】
一种光子轨道角动量本征态纠缠产生装置及方法
本专利技术涉及一种光子轨道角动量本征态纠缠的产生技术。
技术介绍
量子纠缠是微观领域一种典型的非经典效应，在量子信息学领域具有重要的应用价值。例如基于量子纠缠的量子通信技术被誉为绝对安全无法被窃听的通信技术。目前较为成熟的量子纠缠产生方案为以光学手段制备光子两个正交偏振态的纠缠。这种二维量子态的纠缠只适用于二进制编码信息学。如果可以制备产生高维量子态的纠缠将极大的拓宽量子纠缠的应用范围。
技术实现思路
本专利技术的目的是为了拓宽量子纠缠的应用范围，从而提供一种光子轨道角动量本征态纠缠产生装置及方法。本专利技术所述的一种光子轨道角动量本征态纠缠产生装置，包括激光器、BBO晶体、第一轨道角动量调制系统和第二轨道角动量调制系统；激光器出射的脉冲激光入射至BBO晶体，BBO晶体出射的偏振态纠缠光子对中的一个光子入射至第一轨道角动量调制系统，另一个光子入射至第二轨道角动量调制系统，第一轨道角动量调制系统出射的光子和第二轨道角动量调制系统出射的光子轨道角动量本征态纠缠。优选的是，所述第一轨道角动量调制系统包括第一偏振分光棱镜、第一反射镜，第一空间光调制器、第二空间光调制器、第二反射镜、第二偏振分光棱镜和第一偏振片；所述一个光子入射至第一偏振分光棱镜；若该光子的偏振方向为竖直方向，则第一偏振分光棱镜将该光子反射至第一空间光调制器，经第一空间光调制器透射的光子入射至第二反射镜，第二反射镜将光子反射至第二偏振分光棱镜；若该光子的偏振方向为水平方向，则第一偏振分光棱镜将该光子透射至第二空间光调制器，经第二空间光调制器透射的光子入射第二偏振分光棱镜；第二偏振分光棱镜将入射的偏振方向为竖直方向的光和偏振方向为水平方向的光进行合束，并透射至第一偏振片。优选的是，所述第二轨道角动量调制系统包括第三偏振分光棱镜、第三反射镜、第三空间光调制器、第四空间光调制器、第四反射镜、第四偏振分光棱镜和第二偏振片；所述另一个光子入射至第三偏振分光棱镜；若该光子的偏振方向为竖直方向，则第三偏振分光棱镜将该光子反射至第三空间光调制器，经第三空间光调制器透射的光子入射至第四反射镜，第四反射镜将光子反射至第四偏振分光棱镜；若该光子的偏振方向为水平方向，则第三偏振分光棱镜将该光子透射至第四空间光调制器，经第四空间光调制器透射的光子入射第四偏振分光棱镜；第四偏振分光棱镜将入射的偏振方向为竖直方向的光和偏振方向为水平方向的光进行合束，并透射至第二偏振片。优选的是，第一空间光调制器与第三空间光调制器所加载的调制图案相同，第二空间光调制器与第四空间光调制器所加载的调制图案相同，且异于第一空间光调制器与第三空间光调制器所加载的调制图案。优选的是，第一偏振片和第二偏振片的透振方向相同，均为对角线方向。本专利技术的一种光子轨道角动量本征态纠缠产生方法，该方法包括以下步骤：步骤一、激光器出射的脉冲激光入射至BBO晶体，产生偏振态纠缠光子对；步骤二、BBO晶体出射的偏振态纠缠光子对中的一个光子入射至第一轨道角动量调制系统；BBO晶体出射的偏振态纠缠光子对中的另一个光子入射至第二轨道角动量调制系统，第一轨道角动量调制系统出射的光子和第二轨道角动量调制系统出射的光子轨道角动量本征态纠缠。本专利技术利用光子轨道角动量本征态产生纠缠。光子具有无穷多个轨道角动量本征态，而该装置及方法理论上可以任意选取不同轨道角动量本征态组合产生纠缠。通过将光子偏振态的纠缠转换为轨道角动量本征态的纠缠，本专利技术可以在最多600个轨道角动量本征态中选取任意两个产生纠缠。这对量子信息学领域具有重要意义，例如可以提高量子通信过程中信道的使用效率。附图说明图1是具体实施方式一所述的一种光子轨道角动量本征态纠缠产生装置的结构示意图；图2是具体实施方式一中的光子获得10量子数的轨道角动量时空间光调制器所加载的调制图案；图3是具体实施方式一中的光子获得100量子数的轨道角动量时空间光调制器所加载的调制图案；图4是具体实施方式一中的光子获得300量子数的轨道角动量时空间光调制器所加载的调制图案。具体实施方式具体实施方式一：结合图1至图4具体说明本实施方式，本实施方式所述的一种光子轨道角动量本征态纠缠产生装置，包括激光器1、BBO晶体(偏硼酸钡晶体)2、第一轨道角动量调制系统17和第二轨道角动量调制系统18；激光器1出射的连续的脉冲激光入射至BBO晶体2引发参量下转换过程，产生偏振态纠缠光子对，BBO晶体2出射的偏振态纠缠光子对中的一个光子入射至第一轨道角动量调制系统17，调制后获得轨道角动量并抹去原有偏振信息，另一个光子入射至第二轨道角动量调制系统18，调制后获得轨道角动量并抹去原有偏振信息，第一轨道角动量调制系统17出射的光子和第二轨道角动量调制系统18出射的光子轨道角动量本征态纠缠。第一轨道角动量调制系统17包括第一偏振分光棱镜3、第一反射镜4，第一空间光调制器5、第二空间光调制器6、第二反射镜7、第二偏振分光棱镜8和第一偏振片9；本实施方式中，所述一个光子入射至第一偏振分光棱镜3；进入第一偏振调制系统17的光子经第一偏振分光棱镜3分光后可能进入顺时针方向的水平偏振光路或逆时针方向的竖直偏振光路。进入竖直偏振光路的光子依次经过第一空间光调制器5及第二反射镜7而获得轨道角动量。进入水平偏振光路的光子依次经过反射镜4及第二空间光调制器6而获得轨道角动量。经两光路传播的光子依次经过第二偏振分光棱镜8及第一偏振片9进行混合及干涉后抹去偏振及路径信息。本实施方式中，进入第二偏振调制系统18的光子经第三偏振分光棱镜10分光可能进入顺时针方向的竖直偏振光路或逆时针方向的水平偏振光路。进入竖直偏振光路的光子依次经过第三空间光调制器12及第四反射镜14而获得轨道角动量。进入水平偏振光路的光子依次经过第三反射镜11及第四空间光调制器13而获得轨道角动量。经两光路传播的光子依次经第四偏振分光棱镜15及第二偏振片16进行混合及干涉后抹去偏振及路径信息。为了实现偏振态纠缠向轨道角动量本征态纠缠的转化，本实施方式中，第一空间光调制器5与第三空间光调制器12所加载的调制图案相同，第二空间光调制器6与第四空间光调制器13所加载的调制图案相同，且异于第一空间光调制器5与第三空间光调制器12所加载的调制图案。本实施方式中，第一偏振片9和第二偏振片16的透振方向相同，均为对角线方向。即与水平方向和竖直方向的夹角均为45°。采用二极管激光器产生峰值功率为35mW、波长为405nm的蓝色连续激光泵浦II型BBO晶体引发参量下转换过程，每秒可以获得约一百三十万对偏振态纠缠光子对。偏振态纠缠光子对分别进入第一轨道角动量调制系统17和第二轨道角动量调制系统18获得轨道角动量。图2至图4为作为主要调制器件的第一至第四空间光调制器所加载的调制图案，图中，0、π、2π为相位的大小，经图2至图4所示调制图案调制后将分别获得2π的(图2)10倍、(图3)100倍、(图4)300倍方位角相位，分别对应量子数为10、100及300的轨道角动量。可以看到为了使得光子获得更高的轨道角动量需要加载更复杂的调制图样，采用高分辨率(1920×1080，像元尺寸8μm)空间光调制器最高可以让入射光子获得300量子数的轨道角动量。利用本实施方式的装置可以本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种光子轨道角动量本征态纠缠产生装置，其特征在于，一种光子轨道角动量本征态纠缠产生装置，包括激光器(1)、BBO晶体(2)、第一轨道角动量调制系统(17)和第二轨道角动量调制系统(18)；激光器(1)出射的脉冲激光入射至BBO晶体(2)，BBO晶体(2)出射的偏振态纠缠光子对中的一个光子入射至第一轨道角动量调制系统(17)，另一个光子入射至第二轨道角动量调制系统(18)，第一轨道角动量调制系统(17)出射的光子和第二轨道角动量调制系统(18)出射的光子轨道角动量本征态纠缠。

【技术特征摘要】
1.一种光子轨道角动量本征态纠缠产生装置，其特征在于，一种光子轨道角动量本征态纠缠产生装置，包括激光器(1)、BBO晶体(2)、第一轨道角动量调制系统(17)和第二轨道角动量调制系统(18)；激光器(1)出射的脉冲激光入射至BBO晶体(2)，BBO晶体(2)出射的偏振态纠缠光子对中的一个光子入射至第一轨道角动量调制系统(17)，另一个光子入射至第二轨道角动量调制系统(18)，第一轨道角动量调制系统(17)出射的光子和第二轨道角动量调制系统(18)出射的光子轨道角动量本征态纠缠。2.根据权利要求1所述的一种光子轨道角动量本征态纠缠产生装置，其特征在于，所述第一轨道角动量调制系统(17)包括第一偏振分光棱镜(3)、第一反射镜(4)，第一空间光调制器(5)、第二空间光调制器(6)、第二反射镜(7)、第二偏振分光棱镜(8)和第一偏振片(9)；所述一个光子入射至第一偏振分光棱镜(3)；若该光子的偏振方向为竖直方向，则第一偏振分光棱镜(3)将该光子反射至第一空间光调制器(5)，经第一空间光调制器(5)透射的光子入射至第二反射镜(7)，第二反射镜(7)将光子反射至第二偏振分光棱镜(8)；若该光子的偏振方向为水平方向，则第一偏振分光棱镜(3)将该光子透射至第二空间光调制器(6)，经第二空间光调制器(6)透射的光子入射第二偏振分光棱镜(8)；第二偏振分光棱镜(8)将入射的偏振方向为竖直方向的光和偏振方向为水平方向的光进行合束，并透射至第一偏振片(9)。3.根据权利要求2所述的一种光子轨道角动量本征态纠缠产生装置，其特征在于，所述第二轨道角动量调制系统(18)包括第三偏振分光棱镜(10)、第三反射镜(11)、第三空间光调制器(12)、第四空间光调制器(13)、第四反...

【专利技术属性】
技术研发人员：张子静，岑龙柱，赵远，张建东，李硕，闫林玉，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学，
类型：发明
国别省市：黑龙江,23