多级光学滤波器及量子光学芯片制造技术

本实用新型专利技术公开了一种多级光学滤波器，以及利用该多级光学滤波器实现的量子光学芯片。该多级光学滤波器基于锥形光纤表面轴向回音壁模式，且可以包括输入锥形光纤、输出锥形光纤、以及以并联的方式与所述输入锥形光纤和输出锥形光纤形成光场耦合连接的多根锥形光纤。其中，所述多根锥形光纤中的部分或者全部具有彼此不同的有效直径，以便对不同波长提供滤波功能。功能。功能。

【技术实现步骤摘要】
多级光学滤波器及量子光学芯片


[0001]本技术涉及集成光学
，尤其涉及一种多级光学滤波器，以及采用该多级光学滤波器的量子光学芯片，其中，该多级光学滤波器基于锥形光纤表面轴向回音壁模式。

技术介绍

[0002]基于回音壁模式的微尺度光学滤波器是近年来量子集成光学研究及应用中的重要核心元器件，属于量子信息处理的重要组成部分，在量子光芯片制造，量子计算等方面具有巨大的潜力。
[0003]在基于回音壁模式的光学滤波器的研究中，一般采用圆形结构的微谐振腔，用于存储和控制光子。基于回音壁模式的光学微腔滤波器由于其具有极高的品质因数Q和微纳米级的尺寸，因此其可以应用在微纳米级的硅基量子光芯片的集成中。
[0004]当前，基于回音壁模式的光学滤波器是一项比较成熟的技术。最简单的滤波器方案一般为四端口器件，其中以微环、微球、微盘、微管等结构作为光学微腔，并通过两根锥形超细光纤进行光场耦合。第一根锥形超细光纤用于产生倏势场，将符合谐振条件的光场耦合到光学微腔中，第二根锥形超细光纤用于引出光学微腔中的光场，整个过程通过光学微腔的作用对在第一根锥形超细光纤中传输的光场进行选择与过滤。目前，由熔融石英制成的光学微腔品质因数可达10
10
，因此具有高效的过滤作用。
[0005]近年来，学者们提出用商用圆柱形光纤(如SMF
‑
28)作为光学微腔的方案，即圆柱形光学微腔。现已证明在相同材料条件下，圆柱形光学微腔的品质因数是球形光学微腔的3倍，这种品质因数表明圆柱形光学微腔可用于光学滤波。
[0006]目前在量子集成光学领域，现有光学滤波器的体积较大，集成难度大，在诸如量子光芯片等方面器件的高度集成化问题亟待解决。用于得到高分辨率光谱的高度集成化的多级滤波器件由于其要求微纳米级的尺寸，同时考虑到材料稀缺程度及成本等因素，目前尚无此类滤波器的相关技术报道。

技术实现思路

[0007]针对现有技术中存在的上述问题，本技术提出一种多级光学滤波器，以及利用该光学滤波器实现的量子光学芯片。该多级光学滤波器基于锥形光纤表面轴向回音壁模式，且可以包括输入锥形超细光纤、输出锥形超细光纤、以及以并联的方式与输入锥形超细光纤和输出锥形超细光纤连接的多根锥形光纤。根据本技术，标准单模光纤经过退火和拉伸处理后获得的锥形光纤(作为光学微谐振腔)具有很高的品质因数，同时借助不同的有效直径对不同波长提供滤波功能，因而能够通过在滤波器中设置多根具有不同有效直径的经退火和拉伸处理而得到的锥形光纤提供多级滤波功能。
[0008]具体而言，本技术的第一方面涉及一种多级光学滤波器，其特征在于基于锥形光纤表面轴向回音壁模式，且包括输入锥形光纤、输出锥形光纤、以及以并联的方式与所
述输入锥形光纤和输出锥形光纤形成光耦合连接的多根锥形光纤；其中，所述多根锥形光纤中的部分或者全部具有彼此不同的有效直径。
[0009]优选地，所述输入锥形光纤和/或所述输出锥形光纤为锥形超细光纤。
[0010]进一步优选地，所述锥形超细光纤具有小于10μm的最小直径
[0011]进一步地，所述多根锥形光纤中的每一个是对单模光纤进行退火和拉伸获得的。
[0012]优选地，所述单模光纤为商用标准单模光纤SMF
‑
28。
[0013]进一步地，所述多根锥形光纤中的每一个的腰部位置具有单模区域。
[0014]优选地，所述单模区域在光纤轴向上的长度为200
‑
300μm。
[0015]进一步地，所述输入锥形光纤和输出锥形光纤与所述多根锥形光纤中的每一个的连接位置位于所述单模区域内。
[0016]进一步地，所述多根锥形光纤中的每一个的位于所述输入锥形光纤和输出锥形光纤之间的部分构成光学微谐振腔。
[0017]本技术的第二方面涉及一种量子光学芯片，其特征在于包括如上所述的多级光学滤波器。
附图说明
[0018]下面结合附图对本技术的具体实施方式作进一步详细的说明。
[0019]为了更清楚地说明本技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需使用的附图作简单地介绍，显而易见，下面描述中的附图仅仅是本技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图来获得其他的附图。
[0020]图1示出了根据本技术的基于锥形光纤表面轴向回音壁模式的多级光学滤波器的一个示例，其中1为输入锥形光纤，2为输出锥形光纤，3、4、5为作为光学微谐振腔的锥形光纤(其直径各不相同)；
[0021]图2示出了根据本技术的基于锥形光纤表面轴向回音壁模式的多级光学滤波器的测试系统的一个实例，其中6为示波器，7为光谱仪，8为偏振控制器，9为光源；
[0022]图3示出了经退火处理的单模光纤在同一位置实现的光学微谐振腔中回音壁模式的透射光谱；
[0023]图4示出了经退火和拉伸处理的锥形光纤腰部的透射光谱，其中，虚线处为输入锥形超细光纤和输出锥形超细光纤的连接位置。
具体实施方式
[0024]在下文中，本技术的示例性实施例将参照附图来详细描述。下面的实施例以举例的方式提供，以便充分传达本技术的精神给本技术所属领域的技术人员。因此，本技术不限于本文公开的实施例。
[0025]图1示出了根据本技术的基于锥形光纤表面轴向回音壁模式的多级光学滤波器的一个示例。
[0026]如图所示，该多级光学滤波器可以包括输入锥形光纤1，输出锥形光纤2，以及以并联的方式与输入锥形光纤1和输出锥形光纤2形成光场耦合连接的多根锥形光纤，例如图1
中的锥形光纤3、4和5。
[0027]连接于输入和输出锥形光纤之间的锥形光纤将提供光学微谐振腔。
[0028]宽带光源输出的光进入输入锥形光纤1中，产生倏势场并经输入锥形光纤1将符合谐振条件的光场耦合到提供光学微谐振腔的锥形光纤3
‑
5中。
[0029]在光学微谐振腔中，对光场进行选择和过滤，从而提供滤波功能。在本技术中，用作光学微谐振腔的锥形光纤可以具有不同的有效直径，从而对不同的波长提供滤波功能。
[0030]输出锥形光纤2用于引出光学微谐振腔中的光场。
[0031]在优选示例中，输入和输出锥形光纤1、2可以为锥形超细光纤，其最小直径可小于10μm。
[0032]根据本技术，用作光学微谐振腔的锥形光纤可以是对单模光纤进行退火和拉伸处理获得的。在优选示例中，用作光学微谐振腔的锥形光纤可以通过对商用标准单模光纤SMF
‑
28(直径为125μm) 进行退火和拉伸处理获得。
[0033]例如在图1的示例中，可以通过对经退火处理的光纤SMF
‑
28进行不同的拉伸处理，从而获得锥形光纤3、4和5，它们可以具有不同的有效直径d1、d2和d3。
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种多级光学滤波器，其特征在于基于锥形光纤表面轴向回音壁模式，且包括输入锥形光纤、输出锥形光纤、以及以并联的方式与所述输入锥形光纤和输出锥形光纤形成光耦合连接的多根锥形光纤；其中，所述多根锥形光纤中的部分或者全部具有彼此不同的有效直径。2.根据权利要求1所述的多级光学滤波器，其特征在于，所述输入锥形光纤和/或所述输出锥形光纤为锥形超细光纤。3.根据权利要求2所述的多级光学滤波器，其特征在于，所述锥形超细光纤具有小于10μm的最小直径。4.根据权利要求1所述的多级光学滤波器，其特征在于，所述多根锥形光纤中的每一个是对单模光纤进行退火和拉伸获得的。5.根据权利要求4所述的多级光学滤波器，其特征在于，所述单模光纤为商用标准单模光纤SMF
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【专利技术属性】
技术研发人员：韩志勇，王晶晶，周飞，
申请(专利权)人：济南量子技术研究院，
类型：新型
国别省市：