基于周期极化铌酸锂波导红外双光子符合测量装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种基于周期极化铌酸锂波导红外双光子符合测量装置及方法，包括红外激光器，红外激光器发出的激光依次经光纤衰减器和偏振器后进入光纤分束器将入射光分成两束光，一束光经PPLN波导进行双光子上转换产生可见光后被单光子探测器接收；另一束光被光强探测器接收用于计算入射到PPLN波导的光强，通过对比单光子探测器的计数率和光强探测器的探测依赖关系，得到对应双光子符合测量装置的红外双光子上转换效率。本发明专利技术克服了现有红外单光子探测器效率低、噪声大的不足，从而能够更加高效地实现红外双光子符合测量，有利于进行红外光子的二阶干涉实验和应用研究。红外光子的二阶干涉实验和应用研究。红外光子的二阶干涉实验和应用研究。

【技术实现步骤摘要】
基于周期极化铌酸锂波导红外双光子符合测量装置及方法


[0001]本专利技术属于量子光学
，具体涉及一种基于周期极化铌酸锂波导红外双光子符合测量装置及方法。

技术介绍

[0002]符合测量的最早应用出现在物理学中，其目的是判断多个同时或在极短时间内发生的事件是否存在关联性。确实存在相关性的事件一般被称作真符合，这是为了和偶然发生的符合事件进行区别，以统计学的角度分析，相关不一定表示存在因果关系。在量子力学方面，符合测量首先广泛应用于纠缠光子对的检测和判断，此外在单光子干涉等领域也有应用。现今已有多种较为成熟的技术通过程序控制方法实现效率更高、输入源更多的符合测量。
[0003]双光子符合测量主要检测两个单光子的时间特性，一般的双光子符合测量过程如下所述：两个光子分别进入两个单光子探测器，单光子探测器将接收到的单光子通过光电效应和放大作用转化为电脉冲信号，然后这两个电脉冲信号被传输到双光子符合测量系统中，测量两个电脉冲信号之间的时间差。当两个电脉冲信号的时间差小于选定的符合时间窗口时，这两个电脉冲信号对应的两个单光子的时间差也在符合时间窗口之内，此时两个单光子探测器就探测到了一个双光子符合事件；相反，当两个电脉冲信号的时间差大于选定的符合事件窗口时，这两个单光子探测器探测到的信号就不属于一个双光子符合事件。
[0004]目前用来进行双光子符合测量的方法主要有两种。
[0005]第一种是传统的基于单光子探测器的双光子符合测量方法，即：使用两个单光子探测器，通过把光信号转换成电信号，然后通过双光子符合测量系统来判断这两个电信号的时间差是否在符合时间窗口之内来完成双光子符合测量。这种方法是目前最主流的可见光的双光子符合测量方法，因为目前可见光单光子探测器技术比较成熟，性能也比较高，但是这种方法不适用于红外双光子符合测量系统，因为目前商业红外单光子探测器效率低、暗计数大，不能有效使用这种基于红外单光子探测器的红外双光子符合测量系统。
[0006]第二种方法是基于双光子吸收的双光子符合测量系统，这种方法的工作原理是利用强光照射具有双光子吸收特性的物质，利用双光子吸收物质存在的虚能级，使得在虚能级寿命之内到达的两个光子能够被吸收，电子从低能级被两个光子激发到高能级，电子从高能级向低能级跃迁的时候会发出一个光子，通过探测这个光子就能实现双光子符合测量。这种方法比传统方法更为简便，不足之处是双光子吸收效率一般非常低，需要比较高功率的入射光才能观测到有效的双光子吸收发射出来的光子，不能在弱光情况下实现双光子符合测量。

技术实现思路

[0007]本专利技术所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种基于周期极化铌酸锂波导红外双光子符合测量装置及方法，利用高效的周期极化铌酸锂PPLN波导将
红外光子对转换为可见光单光子、然后利用高性能的可见光探测器进行光信号探测的方法，实现更为准确和高效的红外双光子符合测量，解决目前的红外双光子探测系统存在的红外单光子探测器效率低、噪声大的问题以及基于双光子吸收的红外双光子符合测量系统不能在弱光条件下工作的问题。
[0008]本专利技术采用以下技术方案：
[0009]基于周期极化铌酸锂波导红外双光子符合测量装置，包括红外激光器，红外激光器发出的激光依次经光纤衰减器和偏振器后进入光纤分束器将入射光分成两束光，一束光经PPLN波导进行双光子上转换产生可见光后被单光子探测器接收；另一束光被光强探测器接收用于计算入射到PPLN波导的光强，通过对比单光子探测器的计数率和光强探测器的探测依赖关系，得到对应双光子符合测量装置的红外双光子上转换效率。
[0010]具体的，偏振器为二分之一波片。
[0011]具体的，衰减器是光纤型光强衰减器。
[0012]具体的，红外激光器为单模红外激光器。
[0013]进一步的，被测红外光的中心波长为1550nm，通过改变周期极化铌酸锂温度进行1549～1551nm红外光的双光子上转换。
[0014]具体的，红外激光器通过第一光纤耦合器进入光纤衰减器，光纤分束器将入射光分成两束光中的一束光通过第二光纤耦合器进入PPLN波导。
[0015]具体的，单光子探测器的计数率为红外双光子上转换得到的可见光单光子计数率。
[0016]具体的，双光子上转换效率为通过单光子探测器的计数率，除以由光强探测器测量得到的光光强和光纤分束器的分束比计算得到的输入PPLN波导的光子数，得到基于PPLN红外双光子转换效率。
[0017]具体的，将红外激光器的功率从0上升至1000nW，通过记录光功率变化时可见光单光子计数器记录的数据，确定实际的单光子计数率和入射光功率的关系，得到红外双光子转换效率。
[0018]本专利技术的另一技术方案是，基于周期极化铌酸锂波导红外双光子符合测量装置的工作方法，包括以下步骤：
[0019]S1、红外激光器输出波长固定的信号光经第一光纤耦合器、衰减器、偏振器后进入光纤分束器；
[0020]S2、依据光纤分束器上侧支路光输入光强探测器后读取到的光强，通过衰减器调整信号光光强；
[0021]S3、光纤分束器下侧支路光经第二光纤耦合器和PPLN波导输入单光子探测器，记录此时单光子探测器的计数率；
[0022]S4、重复步骤S2和步骤S3，得到一系列的入射光光强和单光子计数率，以入射光光强作为横坐标，单光子计数率作为纵坐标，画出单光子计数率随入射光强的增加而增加的关系图，再通过单光子探测器的计数率，除以由光强探测器测量到的光强和光纤分束器的分束比计算得到的输入PPLN波导的光子数，得到基于PPLN的红外双光子转换效率。
[0023]与现有技术相比，本专利技术至少具有以下有益效果：
[0024]本专利技术一种基于周期极化铌酸锂波导的红外双光子符合测量装置，首先利用PPLN
波导将红外光转换成可见光，从而避免了直接使用效率低、噪声大的红外单光子探测器来进行红外双光子符合测量；其次PPLN波导能够在单光子水平的情况下实现上转换，比双光子吸收材料效率更高，能够在弱光下实现红外双光子符合测量。
[0025]进一步的，将偏振器设置为二分之一波片，将进入PPLN波导内的入射光调整为最大限度地利用其非线性系数以实现双光子符合测量的偏振方向，这一过程中会把部分泵浦光过滤，故需要同时以光强探测器检测实际入射光功率。
[0026]进一步的，在本专利技术中，输入的信号光在光纤中传输，根据其传输介质和接口而选择FC光纤型光强衰减器。
[0027]进一步的，本专利技术使用第一FC光纤接头连接从泵浦光源到光强衰减器的光路，使用第二FC光纤接头连接分束器到PPLN波导的光路，以使本专利技术在结构上更具备灵活性和可调整性。
[0028]进一步的，本专利技术使用可见光单光子计数器来检测经过PPLN波导后产生的可见光波长范围内单光子，以实现对实际转化率更为直观的测量。
[0029]进一步的，本专利技术通过多次测量得到入射光光强和单光子计数率，画出单光子计本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.基于周期极化铌酸锂波导红外双光子符合测量装置，其特征在于，包括红外激光器(1)，红外激光器(1)发出的激光依次经光纤衰减器(3)和偏振器(4)后进入光纤分束器(5)将入射光分成两束光，一束光经PPLN波导(8)进行双光子上转换产生可见光后被单光子探测器(9)接收；另一束光被光强探测器(6)接收用于计算入射到PPLN波导(8)的光强，通过对比单光子探测器(9)的计数率和光强探测器(6)的探测依赖关系，得到对应双光子符合测量装置的红外双光子上转换效率。2.根据权利要求1所述的基于周期极化铌酸锂波导红外双光子符合测量装置，其特征在于，偏振器(4)为二分之一波片。3.根据权利要求1所述的基于周期极化铌酸锂波导红外双光子符合测量装置，其特征在于，衰减器(3)是光纤型光强衰减器。4.根据权利要求1所述的基于周期极化铌酸锂波导红外双光子符合测量装置，其特征在于，红外激光器(1)为单模红外激光器。5.根据权利要求4所述的基于周期极化铌酸锂波导红外双光子符合测量装置，其特征在于，被测红外光的中心波长为1550nm，通过改变周期极化铌酸锂温度进行1549～1551nm红外光的双光子上转换。6.根据权利要求1所述的基于周期极化铌酸锂波导红外双光子符合测量装置，其特征在于，红外激光器(1)通过第一光纤耦合器(2)进入光纤衰减器(3)，光纤分束器(5)将入射光分成两束光中的一束光通过第二光纤耦合器(7)进入PPLN波导(8)。7.根据权利要求1所述的基于周期极化铌酸锂波导红外双光子符合测量装置，其特征在于，单光...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘建彬，庄睿，郑淮斌，陈辉，贺雨晨，周宇，徐卓，
申请(专利权)人：西安交通大学，
类型：发明
国别省市：