一种自准直高稳定纠缠源模块及系统技术方案

本发明专利技术公开了一种自准直高稳定纠缠源模块及系统，包括依次设置且形成光环路的双色偏振分束器DPBS、双色半波片DHWP、第一平面镜M1、第二凹面反射镜CM2、第一凹面反射镜CM1、第二平面镜M2，第一凹面反射镜CM1和第二凹面反射镜CM2之间的光路上设置有周期性极化晶体。该发明专利技术的优点在于：通过用第一凹面反射镜和第二凹面反射镜既可以实现泵浦光束的聚焦又可以实现产生的自发参量下转换光子的准直。可以省略掉泵浦光的聚焦透镜以及光子收集所需要的光纤准直器，极大的简化光路的复杂度，同时纠缠源模块可以高度集成和小型化。

A self collimating high stability entanglement source module and system

The invention discloses a self-collimating high-stability entanglement source module and system, comprising a two-color polarization beam splitter DPBS, a two-color half-wave plate DHWP, a first plane mirror M1, a second concave mirror CM2, a first concave mirror CM1, a second plane mirror M2, a first concave mirror CM1 and a second concave mirror reflecting. Periodically poled crystals are arranged in the optical path between mirror CM2. The invention has the advantages that by using the first concave mirror and the second concave mirror, the focusing of the pump beam can be realized and the collimation of the spontaneous parametric down-conversion photons can be realized. It can omit the focusing lens of pump light and the fiber collimator needed for photon collection, greatly simplify the complexity of optical path, and the entanglement source module can be highly integrated and miniaturized.

【技术实现步骤摘要】
一种自准直高稳定纠缠源模块及系统
本专利技术涉及激光技术、非线性光物理技术、量子光学和量子通信
，尤其是一种自准直高稳定纠缠源模块及系统。
技术介绍
远距离的量子通信主要是基于光纤系统和自由空间，光纤系统的低损耗窗口在1550nm波段，因此要实现光纤体系的远距离量子隐形传态和量子纠缠交换，需要制备高亮度高质量，高度集成化的量子纠缠源系统。在星地自由空间量子通信系统中，目前使用的是可见光纠缠源，然而可见光纠缠源受太阳光的影响极大，无法再白天和有月光的夜晚工作，因此需要红外通信波段的纠缠光子对来实现全天候的星地量子通信系统。此外，目前探测性能最好的单光子探测器是超导探测器，超导探测器的最佳工作波段在红外通信波段，因此使用通信波段光子对进行量子通信、量子计算和模拟以及量子精密测量等研究具有无可比拟的优势。鉴于此，有必要研究一种体积小、亮度高、纠缠质量好，光谱可调谐范围大的红外通信波段的纠缠光源模块，为量子信息技术相关研究提供必要的支撑。
技术实现思路
为了克服上述现有技术，为此，本专利技术提供一种自准直高稳定纠缠源模块及系统。为实现上述目的，本专利技术采用以下技术方案：一种自准直高稳定纠缠源模块，包括依次设置且形成光环路的双色偏振分束器DPBS、双色半波片DHWP、第一平面镜M1、第二凹面反射镜CM2、第一凹面反射镜CM1、第二平面镜M2，第一凹面反射镜CM1和第二凹面反射镜CM2之间的光路上设置有周期性极化晶体。进一步地，所述第一凹面反射镜CM1和第二凹面反射镜CM2的曲率半径相同,所述第一凹面反射镜CM1与第二凹面反射镜CM2之间的光路距离l2满足公式式中n是周期性极化晶体的折射率，Lc为周期性极化晶体的长度，r为第一凹面反射镜CM1和第二凹面反射镜CM2的曲率半径。进一步地，所述周期性极化晶体外设置有温控炉，所述温控范围为15到70摄氏度，控温精度2mK。进一步地，所述第一凹面反射镜CM1和第二凹面反射镜CM2的光束入射角在8度以内。进一步地，所述周期性极化晶体为PPKTP晶体。一种包括上述的自准直高稳定纠缠源模块的系统，还包括依次设置的激光器L、光学隔离器OC、光强调节单元、相位调节单元、双色镜DM，所述双色镜DM输出分成第一光路和第二光路，第一光路输入到双色偏振分束器中DPBS中，双色偏振分束器DPBS的输出端后依次设置有第二检偏器P2、第二长通滤波片LP2、第二光纤准直器FC2；第二光路依次设置第三平面镜M3、第一检偏器P1、第一长通滤波片LPF1、第一光纤准直器FC1；所述第一光纤准直器FC1和第二光纤准直器FC2的输出端分别与符合计算模块连接。进一步地，所述双色偏振分束器DPBS到第一平面镜M1的光路距离a与第一平面镜M1到第二凹面反射镜CM2的光路距离b之和等于双色偏振分束器DPBS到第二平面镜M2的光路距离a’与第二平面镜M2到第一凹面反射镜CM1的光路距离b’之和l2，所述第一光纤准直器FC1和第二光纤准直器FC2与凹面镜间的光路距离均为l3，l3＝l2+C，C为双色偏振分束器DPBS分别与第一光纤准直器FC1和第二光纤准直器FC2之间的距离。进一步地，所述光强调节单元在光路发射方向上包括依次设置第一半波片HWP1、偏振分束器PBS。进一步地，所述相位调节单元在光路发射方向上包括依次设置的四分之一波片QWP、第二半波片HWP2。进一步地，所述第一检偏器P1与水平方向的夹角为45度或-45度，所述第二检偏器P2与第一偏振器P1垂直设置。本专利技术的优点在于：(1)本专利技术通过用第一凹面反射镜和第二凹面反射镜既可以实现泵浦光束的聚焦又可以实现产生的自发参量下转换光子的准直。可以省略掉泵浦光的聚焦透镜以及光子收集所需要的光纤准直器，极大的简化光路的复杂度，同时纠缠源模块可以高度集成和小型化。(2)由于周期性极化晶体的倍频波长具有一定范围的可调谐特性，当泵浦波长发生变化时，通过温控炉改变周期性极化晶体的相位匹配温度就可在新的波长下实现最佳的倍频输出。(3)第一平面镜M1和第二平面镜M2的设置使得第一凹面反射镜CM1和第二凹面反射镜CM2的光束入射角在8度以内，这样可以保证较高的光斑质量和光子收集效率。(4)半导体激光器L出射的泵浦光通过光学隔离器OC后输入到一个含有二型相位匹配PPKTP晶体的纠缠源模块中，由于自发参量下转换过程，在纠缠源模块的顺时针和逆时针方向同时产生一对偏振正交的光子对，这两对光子在双色偏振分束器上发生干涉后形成偏振纠缠态，由于纠缠源模块的正向和反向所经历的光学路径一致，空间和相位稳定性极高，可以长时间的保持纠缠态的相位稳定性。此外，准相位匹配PPKTP晶体在通信波段的光谱调谐范围广，通过调谐周期性极化晶体的温度和泵浦波长，可以实现百纳米范围内的简并光子输出。(5)PPKTP晶体非线性系数高，无走离效应，产生的光子对谱亮度高。(6)光学隔离器OC的设置为了消除背向反射光对激光器L性能的影响，光强调节单元通过第一半波片HWP1控制输入到下级光路的光功率，用于控制光子产生率，同时偏振分束器PBS具有偏振滤波的作用，用于纯化泵浦光偏振态。(7)相位调节单元用于调节产生的偏振纠缠态的相位，通过调节四分之一波片QWP和第二半波片HWP2的转动角度，转动角度四分之一波片QWP和第二半波片HWP2相当于波片的快慢轴,可以让泵浦光处于偏振态式中H表示水平偏振状态，V表示垂直偏振状态，为泵浦光水平偏振和垂直偏振之间的相对相位，i为虚数单位。通过调节纠缠态的相位使其等于0或者π，以便得到最大的Bell纠缠态,相位依赖于泵浦光的相位以及由于周期性极化晶体位置偏离而导致的古斯相位相对相位依赖于四分之一波片QWP和第二半波片HWP2的位置，另外当周期性极化晶体相对于纠缠源模块的中心有偏离时，正向和反向的泵浦光在参量下转换过程中，所携带的古斯相位会不一样，通过微调周期性极化晶体在纠缠源模块中的位置也可以实现相位的精确调节。为了得到最大的纠缠态，将调节为0或者π的判据是将第一检偏器P1放在位于与水平方向的成45和-45度位置，第二检偏器P2与第一检偏器P1垂直设置，这样如果相位为0，则偏振干涉曲线在最低点，只要将干涉调节到最低点，相位的值就被调零了；如果想让相位等于π，将其中一个检偏器再转90度，将干涉调到最小，就可以实现等于π。附图说明图1为本专利技术一种自准直高稳定纠缠源模块的结构示意图；图2为本专利技术一种自准直高稳定纠缠源系统的结构示意图；图3为本专利技术一种自准直高稳定纠缠源系统的所选晶体的温度调谐曲线。图4为本专利技术实施例中光子间的HOM干涉曲线。图5为本专利技术实施例中纠缠光子的偏振干涉曲线。图中标注符号的含义如下：1-符合计算模块2-温控炉具体实施方式如图1所示，一种自准直高稳定纠缠源模块，包括依次设置且形成光环路的780nm和1560nm的双色偏振分束器DPBS、780nm和1560nm双色半波片DHWP、第一平面镜M1、780nm和1560nm全反的第二凹面反射镜CM2、780nm和1560nm全反的第一凹面反射镜CM1、第二平面镜M2，第一凹面反射镜CM1和第二凹面反射镜CM2之间的光路上设置有周期性极化晶体，所述周期性极化晶体为PPKTP晶体。其中第一凹面反射镜CM1和第二凹面反射镜CM2的曲率半径本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种自准直高稳定纠缠源模块，其特征在于，包括依次设置且形成光环路的双色偏振分束器DPBS、双色半波片DHWP、第一平面镜M1、第二凹面反射镜CM2、第一凹面反射镜CM1、第二平面镜M2，第一凹面反射镜CM1和第二凹面反射镜CM2的之间光路上设置有周期性极化晶体。

【技术特征摘要】
1.一种自准直高稳定纠缠源模块，其特征在于，包括依次设置且形成光环路的双色偏振分束器DPBS、双色半波片DHWP、第一平面镜M1、第二凹面反射镜CM2、第一凹面反射镜CM1、第二平面镜M2，第一凹面反射镜CM1和第二凹面反射镜CM2的之间光路上设置有周期性极化晶体。2.根据权利要求1所述的一种自准直高稳定纠缠源模块，其特征在于，所述第一凹面反射镜CM1和第二凹面反射镜CM2的曲率半径相同,所述第一凹面反射镜CM1与第二凹面反射镜CM2之间的光路距离l2满足公式式中n是周期性极化晶体的折射率，Lc为周期性极化晶体的长度，r为第一凹面反射镜CM1和第二凹面反射镜CM2的曲率半径。3.根据权利要求1所述的一种自准直高稳定纠缠源模块，其特征在于，所述周期性极化晶体外设置有温控炉(2)，所述温控范围为15到70摄氏度，控温精度2mK。4.根据权利要求1所述的一种自准直高稳定纠缠源模块，其特征在于，所述第一凹面反射镜CM1和第二凹面反射镜CM2的光束入射角在8度以内。5.根据权利要求1所述的一种自准直高稳定纠缠源模块，其特征在于，所述周期性极化晶体为PPKTP晶体。6.一种包括权利要求1-5任意一项所述的自准直高稳定纠缠源模块的纠缠源系统，其特征在于，包括依次设置的激光器L、光学隔离器OC、光强调节单元、相位调节单元、双色镜DM，所述双色镜DM输出分成第一光路和第二光路，第一...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴龚敏，
申请(专利权)人：安徽鲲鹏量子科研装备有限公司，
类型：发明
国别省市：安徽,34