信号调制连续变量纠缠源的制备装置制造方法及图纸

本发明专利技术提供一种信号调制连续变量纠缠源的制备装置，属于量子光学领域，以解决目前制备装置会造成纠缠度下降及结构复杂、成本高的问题。单频激光器双向抽运非简并光学参量振荡器产生信号光和闲置光，经本地振荡光与注入信号光分离系统分离为本地振荡光和注入信号光；部分信号光即注入信号光经光纤耦合器耦合后，经电光振幅调制器和电光相位调制器调制得到首次调制后的注入信号光，被反射器反射，反射的注入信号光被电光相位调制器和电光振幅调制器二次调制后，反向注入非简并光学参量振荡器进行参量放大后产生空间重合的信号调制的两组份连续变量纠缠光场，该纠缠光场被第一分光器空间分离为两束；调制所需的移频调制信号由移频信号产生系统产生。

【技术实现步骤摘要】
信号调制连续变量纠缠源的制备装置
本专利技术涉及量子光学和量子信息
，尤其涉及一种信号调制连续变量纠缠源的制备装置。
技术介绍
连续变量纠缠源是量子信息处理的基本资源，可以应用于量子通信、量子计算、量子测量等量子信息处理任务；其纠缠物理量为量子化光频电磁场的广义位置与动量，即光场的正交分量。连续变量纠缠源产生的连续变量纠缠态光场能够方便地通过平衡零拍探测器进行测量，具有探测效率高的优点；同时连续变量纠缠态光场的制备过程无需后选择，具有无条件性的特点。基于纠缠态的连续变量量子密钥分发与相干态连续变量量子密钥分发相比，具有更优的性能。近期的研究表明，如果将纠缠态进行适当的随机调制，能够进一步提升连续变量量子密钥分发对量子通道额外噪声的容忍能力，提高密钥分发的性能。目前在制备信号调制的连续变量纠缠源时，有如下几种方式：第一种采用直接调制的方法：即首先制备出连续变量纠缠态光场，然后将连续变量纠缠态光场依次通过振幅调制器和相位调制器进行弱调制。该方法虽然实现方案简洁，然而由于连续变量纠缠态光场对线性损耗很敏感，在传输经过振幅调制器和相位调制器时不可避免会有各种残余反射、散射等损耗，造成纠缠态的纠缠度下降，影响后续的量子信息处理协议的性能，特别是如果选择高带宽的集成波导电光调制器时，器件的插入损耗比自由空间器件更为严重。第二种实现信号调制的连续变量纠缠源的方法为(参考文献“Continuousvariablequantumkeydistributionwithmodulatedentangledstates，NatureCommunications3，1083(2012)”)：将调制信号加载在一束相干态光场上，然后让加载调制信号的相干态光场与待调制的纠缠态在不平衡分束器上干涉耦合，实现连续变量纠缠态的调制。该方法将调制信号间接加载在纠缠态光场上，纠缠态光场经受的损耗较小。然而该方法的缺点是实现装置结构较为复杂，需要额外的一束相干态光场与待调制的纠缠态在分束器上干涉，并且干涉的相对相位需要通过电子伺服系统锁定来确保正确的正交分量得到调制，导致信号调制连续变量纠缠源的制备装置成本较高。
技术实现思路
本专利技术的目的是解决目前信号调制连续变量纠缠源的制备装置会造成信号调制的连续变量纠缠源的纠缠度下降，影响后续的量子信息处理协议的性能及结构复杂、成本高的技术问题，提供一种信号调制连续变量纠缠源的制备装置。为解决上述技术问题，本专利技术采用的技术方案是：一种信号调制连续变量纠缠源的制备装置，包括单频激光器、非简并光学参量振荡器、本地振荡光与注入信号光分离系统、注入信号光调制系统、移频信号产生系统和第一分光器；所述注入信号光调制系统由光纤耦合器、电光振幅调制器、电光相位调制器和反射器构成，光纤耦合器、电光振幅调制器、电光相位调制器和反射器依次连接；所述单频激光器与非简并光学参量振荡器连接，且单频激光器双向抽运非简并光学参量振荡器产生信号光和闲置光；非简并光学参量振荡器与本地振荡光与注入信号光分离系统连接，且非简并光学参量振荡器产生的信号光和闲置光经本地振荡光与注入信号光分离系统后，分离为本地振荡光和注入信号光；本地振荡光与注入信号光分离系统与注入信号光调制系统中的光纤耦合器连接，本地振荡光与注入信号光分离系统分离的部分信号光即注入信号光经光纤耦合器耦合后，依次进入电光振幅调制器和电光相位调制器，经电光振幅调制器的振幅调制和电光相位调制器的相位调制后，得到首次调制后的注入信号光；首次调制后的注入信号光被反射器反射，反射的注入信号光被电光相位调制器和电光振幅调制器二次调制，二次调制后的注入信号光反向注入非简并光学参量振荡器，经非简并光学参量振荡器参量放大后产生的信号调制的两组份连续变量纠缠光场，该纠缠光场被与非简并光学参量振荡器连接的第一分光器空间分离为两组份；电光振幅调制器和电光相位调制器分别与移频信号产生系统中的混频器连接，电光振幅调制器和电光相位调制器进行调制所需的移频调制信号由移频信号产生系统产生。进一步地，所述本地振荡光与注入信号光分离系统由第二分光器和部分反射镜构成，且第二分光器和部分反射镜依次设在非简并光学参量振荡器的输出场光路上；第二分光器将非简并光学参量振荡器输出的信号光与闲置光空间分离，闲置光和透射的部分信号光被部分反射器反射出一部份作为本地振荡光场，剩余的透射部分信号光即注入信号光进入注入信号光调制系统中的光纤耦合器。进一步地，所述移频信号产生系统由第一正弦波信号发生器、第一混频器、第二混频器、第二正弦波信号发生器、第一调制信号发生器和第二调制信号发生器构成，所述第一正弦波信号发生器和第一调制信号发生器的输出端分别与第一混频器的第一和第二输入端连接，第一混频器输出端与电光振幅调制器连接，第二正弦波信号发生器和第二调制信号发生器的输出端分别与第二混频器的第一和第二输入端连接，第二混频器输出端与电光相位调制器连接；第一调制信号发生器产生的第一调制信号与第一正弦波信号发生器产生的第一正弦波信号通过第一混频器混频后产生的移频振幅调制信号加载到电光振幅调制器上；第二调制信号发生器产生的第二调制信号与第二正弦波信号发生器产生的第二正弦波信号通过第二混频器混频后产生的移频相位调制信号加载到电光相位调制器上。进一步地，所述第一分光器由双色镜或者偏振分束器构成。进一步地，所述电光振幅调制器和电光相位调制器均为波导型电光调制器，尾纤为单模保偏光纤，光纤的接头类型为FC/APC或FC/UPC。进一步地，所述非简并光学参量振荡器输出的信号光与闲置光的频率或者偏振态不简并。进一步地，所述光纤耦合器在信号光波长处镀有减反膜。本专利技术的有益效果是：通过将调制信号加载到非简并光学参量振荡器的注入信号光上，经调制的注入信号光再通过非简并光学参量振荡器参量放大后得到信号调制的连续变量纠缠光场，实现将调制信号的加载过程与纠缠源的制备过程有机融合在一起，在连续变量纠缠源的制备过程中实现信号调制，整个装置的结构简单、紧凑且实用。由于本专利技术中的调制信号是直接加载在注入信号光上对其进行正交振幅分量和正交位相分量的调制，因此无需相位锁定装置，不仅系统的稳定性较好，而且成本较低。另外，本专利技术中调制信号并不直接对纠缠态进行调制，无调制损耗，有效避免了直接调制方法带来的调制损耗较大的不足，保护了纠缠态在调制过程其纠缠特性不被破坏。因此，与
技术介绍
相比，本专利技术具有结构简单、紧凑且实用，系统稳定性良好，成本较低，无调制损耗，不破坏纠缠态的纠缠特性等优点。附图说明图1是本专利技术的结构示意图。图2为信号调制连续变量纠缠光场正交振幅分量的量子正关联示意图。图3为信号调制连续变量纠缠光场正交位相分量的量子反关联示意图。具体实施方式下面将结合附图和实施例对本专利技术作进一步地详细描述。如图1所示，本实施例中的信号调制连续变量纠缠源的制备装置包括单频激光器1、非简并光学参量振荡器2、本地振荡光与注入信号光分离系统3、注入信号光调制系统4、移频信号产生系统5和第一分光器6；所述注入信号光调制系统4由光纤耦合器9、电光振幅调制器10、电光相位调制器11和反射器12构成，光纤耦合器9、电光振幅调制器10、电光相位调制器11和反射器12依次连接；所述单频激光器1与非简并光学参量振荡器2本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种信号调制连续变量纠缠源的制备装置，其特征在于，包括单频激光器(1)、非简并光学参量振荡器(2)、本地振荡光与注入信号光分离系统(3)、注入信号光调制系统(4)、移频信号产生系统(5)和第一分光器(6)；所述注入信号光调制系统(4)由光纤耦合器(9)、电光振幅调制器(10)、电光相位调制器(11)和反射器(12)构成，光纤耦合器(9)、电光振幅调制器(10)、电光相位调制器(11)和反射器(12)依次连接；所述单频激光器(1)与非简并光学参量振荡器(2)连接，且单频激光器(1)双向抽运非简并光学参量振荡器(2)产生信号光和闲置光；非简并光学参量振荡器(2)与本地振荡光与注入信号光分离系统(3)连接，且非简并光学参量振荡器(2)产生的信号光和闲置光经本地振荡光与注入信号光分离系统(3)后，分离为本地振荡光和注入信号光；本地振荡光与注入信号光分离系统(3)与注入信号光调制系统(4)中的光纤耦合器(9)连接，本地振荡光与注入信号光分离系统(3)分离的部分信号光即注入信号光经光纤耦合器(9)耦合后，依次进入电光振幅调制器(10)和电光相位调制器(11)，经电光振幅调制器(10)的振幅调制和电光相位调制器(11)的相位调制后，得到首次调制后的注入信号光；首次调制后的注入信号光被反射器(12)反射，反射的注入信号光被电光相位调制器(11)和电光振幅调制器(10)二次调制，二次调制后的注入信号光反向注入非简并光学参量振荡器(2)，经非简并光学参量振荡器(2)参量放大后产生信号调制的两组份连续变量纠缠光场，该纠缠光场被与非简并光学参量振荡器(2)连接的第一分光器(6)空间分离为两组份；电光振幅调制器(10)和电光相位调制器(11)分别与移频信号产生系统(5)中的混频器连接，电光振幅调制器(10)和电光相位调制器(11)进行调制所需的移频调制信号由移频信号产生系统(5)产生。...

【技术特征摘要】
1.一种信号调制连续变量纠缠源的制备装置，其特征在于，包括单频激光器(1)、非简并光学参量振荡器(2)、本地振荡光与注入信号光分离系统(3)、注入信号光调制系统(4)、移频信号产生系统(5)和第一分光器(6)；所述注入信号光调制系统(4)由光纤耦合器(9)、电光振幅调制器(10)、电光相位调制器(11)和反射器(12)构成，光纤耦合器(9)、电光振幅调制器(10)、电光相位调制器(11)和反射器(12)依次连接；所述单频激光器(1)与非简并光学参量振荡器(2)连接，且单频激光器(1)双向抽运非简并光学参量振荡器(2)产生信号光和闲置光；非简并光学参量振荡器(2)与本地振荡光与注入信号光分离系统(3)连接，且非简并光学参量振荡器(2)产生的信号光和闲置光经本地振荡光与注入信号光分离系统(3)后，分离为本地振荡光和注入信号光；本地振荡光与注入信号光分离系统(3)与注入信号光调制系统(4)中的光纤耦合器(9)连接，本地振荡光与注入信号光分离系统(3)分离的部分信号光即注入信号光经光纤耦合器(9)耦合后，依次进入电光振幅调制器(10)和电光相位调制器(11)，经电光振幅调制器(10)的振幅调制和电光相位调制器(11)的相位调制后，得到首次调制后的注入信号光；首次调制后的注入信号光被反射器(12)反射，反射的注入信号光被电光相位调制器(11)和电光振幅调制器(10)二次调制，二次调制后的注入信号光反向注入非简并光学参量振荡器(2)，经非简并光学参量振荡器(2)参量放大后产生信号调制的两组份连续变量纠缠光场，该纠缠光场被与非简并光学参量振荡器(2)连接的第一分光器(6)空间分离为两组份；电光振幅调制器(10)和电光相位调制器(11)分别与移频信号产生系统(5)中的混频器连接，电光振幅调制器(10)和电光相位调制器(11)进行调制所需的移频调制信号由移频信号产生系统(5)产生。2.根据权利要求1所述的信号调制连续变量纠缠源的制备装置，其特征在于，所述本地振荡光与注入信号光分离系统(3)由第二分光器(7)和部分反射镜(8)构成，且第二分光器(7)和部分反射镜(8)依次设在非简并...

【专利技术属性】
技术研发人员：李永民，王宁，王旭阳，
申请(专利权)人：山西大学，
类型：发明
国别省市：山西,14