一种单光子偏振转化方法技术

本发明专利技术公开了一种单光子偏振转换方法，属于波导量子电动力学领域。针对现有技术中实现单光子偏振转化需要多个原子或腔辅助，继而不得不调控多个耦合参数且存在多个耗散通道的问题，本发明专利技术提供一种单光子偏振转化方法，它包括将半无限波导与Lambda型三能级系统进行耦合，半无限波导一端为入射端，另一端为反射端，反射端沿半无限波导方向与Lambda型三能级系统的距离定义为a；假设偏振为水平的单光子经入射端发射至半无限波导中，在此定义θ＝ka；若θ＝(n+1/2)π，则反射光子变为垂直偏振光，若θ＝mπ，则反射光子偏振保持为水平，这里，m和n是不小于0的任意整数。本发明专利技术只需一个Lambda型三能级系统与半无限波导进行耦合，无需多个原子或腔辅助，提高成功率，过程能耗低，节约成本。

A Single Photon Polarization Conversion Method

The invention discloses a single photon polarization conversion method, which belongs to the field of waveguide quantum electrodynamics. Aiming at the problem that many atoms or cavities are needed to assist the single photon polarization conversion in the existing technology, and then many coupling parameters have to be adjusted and many dissipative channels exist, the invention provides a single photon polarization conversion method, which includes coupling a semi-infinite waveguide with a Lambda three-level system, one end of the semi-infinite waveguide is the incident end, the other end is the reflection end, and the other end is the reflection end. The distance from Lambda-type three-level system along the direction of semi-infinite waveguide is defined as a; assuming that a single photon with horizontal polarization is emitted into a semi-infinite waveguide through the incident end, theta=ka is defined here; if theta=(n+1/2)pi, the reflected photon becomes vertically polarized, and if theta=mpi, the polarization of the reflected photon remains horizontal, where m and N are arbitrary integers not less than 0. The invention only needs a Lambda three-level system to couple with a semi-infinite waveguide without the assistance of multiple atoms or cavities, so as to improve the success rate, reduce the process energy consumption and save the cost.

【技术实现步骤摘要】
一种单光子偏振转化方法
本专利技术属于波导量子电动力学
，更具体地说，涉及一种单光子偏振转化方法。
技术介绍
偏振是光子的重要特性之一，在量子信息处理等方面具有重要的应用价值，比如利用偏振对量子信息编码等。光的偏振转换也是现今多个课题组研究的重点课题之一。不同课题组讨论了利用衍射光栅、美特材料，拓扑特性等实现光的偏振转换。波导量子电动力学是最近研究的热点之一，基于波导量子点动力学的量子信息处理得到了人们的广泛关注。基于波导-原子耦合的量子器件如单光子源、多光子源、SWAP等也都已经被提出或实验实现。Law课题组研究了单光子的偏振转换特性，如T.S.Tsoi,andC.K.Law,“Single-photonscatteringonΛ-typethree-levelatomsinaone-dimensionalwaveguide”,PhysicalReviewA80,033823(2009)，他们发现利用波导与多个Lambda系统散射实现单光子偏振转换，但是需要多个Lambda系统与波导耦合，并且要求所有的耦合常数都相同；又如龚尚庆课题组研究了利用一维波导与一个Lambda系统外本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种单光子偏振转换方法，其特征在于：包括以下步骤：(1)将半无限波导与Lambda型三能级系统进行耦合，半无限波导一端为入射端，另一端为反射端，反射端沿半无限波导方向与Lambda型三能级系统的距离定义为a；(2)水平偏振的单光子经入射端发射至半无限波导中，光子与Lambda型三能级系统耦合，在此定义θ＝ka，k取决于入射光子的频率和半无限波导中光子传输的群速度；(3)若θ＝(n+1/2)π，则反射光子偏振变为垂直，若θ＝mπ，则反射光保持为水平偏振光，这里，m和n是不小于0的任意整数。

【技术特征摘要】
1.一种单光子偏振转换方法，其特征在于：包括以下步骤：(1)将半无限波导与Lambda型三能级系统进行耦合，半无限波导一端为入射端，另一端为反射端，反射端沿半无限波导方向与Lambda型三能级系统的距离定义为a；(2)水平偏振的单光子经入射端发射至半无限波导中，光子与Lambda型三能级系统耦合，在此定义θ＝ka，k取决于入射光子的频率和半无限波导中光子传输的群速度；(3)若θ＝(n+1/2)π，则反射光子偏振变为垂直，若θ＝mπ，则反射光保持为水平偏振光，这里，m和n是不小于0的任意整数。2.根据权利要求1所述的一种单光子偏振转换方法，其特征在于：所述步骤(1)中Lambda型三能级系统由原子、人工原子或微腔中的一种构成，Lambda型三能级系统包括上能级|3〉和下能级，下能级包括两个简并能级分别为|1>和|2>。3.根据权利要求2所述的一种单光子偏振转换方法，其特征在于：将Lambda型三能级系统中的跃迁与水平偏振光耦合，耦合强度为gh，跃迁频率为ω3；跃迁与垂直偏振光耦合，耦合强度为gυ，γ为原子的耗散速率，此处定义原子初态在|1>，则实空间坐标系中，系统的哈密顿量可以写为：此处：H是系统哈密顿量，υg是光子在波导中传输的群速度；h和υ分别表示光子的偏振为水平和垂直；分别表示在x处产生向右或向左传输的水平或垂直偏振的单光子；σij是原子|i>态和|j>(i,j＝1,2,3)之间的偶极跃迁算...

【专利技术属性】
技术研发人员：程木田，于富强，李绍铭，
申请(专利权)人：安徽工业大学，
类型：发明
国别省市：安徽,34