可调轨道角动量量子光源生成装置制造方法及图纸

本发明专利技术提供一种可调量子光源生成装置，包括：空间上分离的集成OAM发射器和可预报单光子源，其中，可预报单光子源在泵浦光作用下产生信号光子；所述信号光子作为被预报的光子耦合进集成OAM发射器中、并经集成OAM发射器转换为OAM模式后散射到自由空间；所述OAM模式为通过调节所述集成OAM发射器的参数、动态地调控信号光子的OAM模式的阶次。本发明专利技术将信号光子作为被预报的光子耦合进集成OAM发射器中、并经集成OAM发射器转换为OAM模式后散射到自由空间，通过调节所述集成OAM发射器的参数、动态地调控信号光子的OAM模式的阶次，实现了单光子OAM模式的阶次可调，能兼顾发射器和光源的设计，具有操控灵活性。具有操控灵活性。具有操控灵活性。

【技术实现步骤摘要】
可调轨道角动量量子光源生成装置


[0001]本专利技术涉及光量子信息
，尤其涉及一种可调轨道角动量量子光源生成装置。

技术介绍

[0002]近年来，光量子信息处理逐渐成为光信息领域的研究热点。光量子态有维度高、安全性高、速度快的优点，适用于量子编码，量子通信和量子成像等。为了充分发挥光量子态的优势，轨道角动量(orbital angular momentum，OAM)作为光子一个无穷维的独立自由度，受到了研究者的广泛关注。在经典光学领域，关于OAM的研究已涉及片上产生、探测、应用等多个方面。在量子光学领域，与OAM光量子态相关的研究还有很大的发展空间。
[0003]目前基于OAM的量子光源可以分为集成和非集成两类。基于空间光路系统产生单光子OAM模式的方案发展已较为成熟，但集成的量子光源才是实现大规模光量子信息处理的基础。现有技术中，将量子点种在集成的集成OAM发射器波导中，提出集成的OAM单光子源方案。由于量子点需要工作在低温条件下，且量子点与集成OAM发射器之间需要精确的模式匹配，该工作中单光子OAM模式的阶次是不可调的。固定的OAM模式的阶次限制了该光源在高维量子信息处理领域的应用优势。

技术实现思路

[0004]本专利技术提供一种可调轨道角动量量子光源生成装置，包括：空间上分离的集成OAM发射器和可预报单光子源，其中，
[0005]所述可预报单光子源在泵浦光作用下产生信号光子；
[0006]所述信号光子作为被预报的光子耦合进集成OAM发射器中、并经集成OAM发射器转换为OAM模式后散射到自由空间；
[0007]所述OAM模式为通过调节所述集成OAM发射器的参数、动态地调控信号光子的OAM模式的阶次。
[0008]根据本专利技术所述的可调轨道角动量量子光源生成装置，其中，所述可预报单光子源是基于非线性介质中的自发四波混频，湮灭一对泵浦光子产生信号光子和闲频光子，将闲频光子作为预报光子，信号光子即为被预报的单光子。
[0009]根据本专利技术所述的可调轨道角动量量子光源生成装置，其中，所述非线性介质为色散位移光纤或硅线波导。
[0010]根据本专利技术所述的可调轨道角动量量子光源生成装置，其中，所述集成OAM发射器由角向均匀分布的若干根下载波导提取微环腔中的回音壁模式，经由中心的同心环型散射光栅发射到自由空间中。
[0011]根据本专利技术所述的可调轨道角动量量子光源生成装置，其中，所述对所述硅波导的波导结构为硅材料构成的微环腔上覆盖钛电极，通过电极通电加热、动态调节微环腔的谐振波长，从而改变集成OAM发射器产生的OAM模式的阶次。
[0012]根据本专利技术所述的可调轨道角动量量子光源生成装置，其中，所述通过调节所述集成OAM发射器的参数、动态地调控信号光子的OAM模式的阶次，包括：
[0013]基于所述集成OAM发射器中硅波导的热光效应，通过电极加热在信号光子波长不变的条件下动态调节信号光子的OAM模式的阶次。
[0014]根据本专利技术所述的可调轨道角动量量子光源生成装置，其中，所述通过调节所述集成OAM发射器的参数、动态地调控信号光子的OAM模式的阶次，包括：
[0015]通过调节所述集成OAM发射器上钛电极施加的电压，动态调控信号光子的OAM模式的阶次。
[0016]根据本专利技术所述的可调轨道角动量量子光源生成装置，其中，所述可调轨道角动量量子光源生成装置还包括单光子探测器，所述单光子探测器用于与所述闲频光子进行符合计数。
[0017]根据本专利技术所述的可调轨道角动量量子光源生成装置，其中，所述可调轨道角动量量子光源生成装置还包括空间光调制器，所述单光子探测器封装有单模光纤尾纤，在探测单光子的OAM模式时，利用所述空间光调制器将OAM模式的单光子态转换为高斯基模，耦合入单光子探测器中，与闲频光子进行符合计数。
[0018]根据本专利技术所述的可调轨道角动量量子光源生成装置，其中，所述可预报单光子源集成在芯片上，通过热调使微环腔的谐振波长与信号光子对齐，信号光子耦合进微环腔中，闲频光子通过色散位移光纤或硅线波导并从另一端耦合出芯片，滤波后进入所述单光子探测器中。
[0019]本专利技术的可调轨道角动量量子光源生成装置，通过空间上分离的集成OAM发射器和可预报单光子源相结合，将信号光子作为被预报的光子耦合进集成OAM发射器中、并经集成OAM发射器转换为OAM模式后散射到自由空间，通过调节所述集成OAM发射器的参数、动态地调控信号光子的OAM模式的阶次，实现了单光子OAM模式的阶次可调，能兼顾发射器和量子光源的设计，具有操控灵活性。
附图说明
[0020]为了更清楚地说明本专利技术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要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本专利技术的一些实施例，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获得其他的附图。
[0021]图1是本专利技术提供的可调轨道角动量量子光源生成装置中的集成OAM发射器的结构示意图；
[0022]图2是本专利技术提供的基于色散位移光纤的可调轨道角动量量子光源生成装置的结构示意图；
[0023]图3是本专利技术提供的基于硅线波导的可调轨道角动量量子光源生成装置的结构示意图；
[0024]图4是本专利技术提供的可调轨道角动量量子光源生成装置的片上器件结构的结构示意图；
[0025]图5是本专利技术提供的可调轨道角动量量子光源生成装置中的两个典型符合计数结
果的示意图。
具体实施方式
[0026]为使本专利技术的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本专利技术中的附图，对本专利技术中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。
[0027]本专利技术提供了一种可调轨道角动量量子光源生成装置，包括：空间上分离的集成OAM发射器10和可预报单光子源20，其中，
[0028]所述可预报单光子源20在泵浦光30作用下产生信号光子21；
[0029]所述信号光子21作为被预报的光子耦合进集成OAM发射器10中、并经集成OAM发射器10转换为OAM模式后散射到自由空间；
[0030]所述OAM模式为通过调节所述集成OAM发射器10的参数、动态地调控信号光子21的OAM模式的阶次。
[0031]本专利技术的基本原理是将可预报单光子源20和集成的集成OAM发射器10结合，产生可预报的单光子OAM模式。其中可预报单光子源20在泵浦光30作用下产生信号和闲频光子22，信号光子21作为被预报的光子耦合进集成OAM发射器10中，再经发射器转换为OAM模式后散射到自由空间。借助集成OAM发射器10中硅波导的热光效应，通过电极15加热可以在信号光子21波长不变的条件下动态调节OAM的阶次。集成OAM发射器10也就是本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种可调轨道角动量量子光源生成装置，其特征在于，包括：空间上分离的集成OAM发射器和可预报单光子源，其中，所述可预报单光子源在泵浦光作用下产生信号光子；所述信号光子作为被预报的光子耦合进集成OAM发射器中、并经集成OAM发射器转换为OAM模式后散射到自由空间；所述OAM模式为通过调节所述集成OAM发射器的参数、动态地调控信号光子的OAM模式的阶次。2.根据权利要求1所述的可调轨道角动量量子光源生成装置，其特征在于，所述可预报单光子源是基于非线性介质中的自发四波混频效应，湮灭一对泵浦光子产生信号光子和闲频光子，将闲频光子作为预报光子，信号光子即为被预报的单光子。3.根据权利要求2所述的可调轨道角动量量子光源生成装置，其特征在于，所述非线性介质为色散位移光纤或硅线波导。4.根据权利要求3所述的可调轨道角动量量子光源生成装置，其特征在于，所述集成OAM发射器由角向均匀分布的若干根下载波导提取微环腔中的回音壁模式，经由中心的同心环型散射光栅发射到自由空间中。5.根据权利要求4所述的可调轨道角动量量子光源生成装置，其特征在于，所述对所述硅波导的波导结构为硅材料构成的微环腔上覆盖钛电极，通过电极通电加热、动态调节微环腔的谐振波长，从而改变集成OAM发射器产生的OAM模式的阶次。6.根据权利要求1所述的可调轨道角动量量子光源生成装置，其特征在于，所述通...

【专利技术属性】
技术研发人员：冯雪，张珊，张巍，崔开宇，刘仿，黄翊东，
申请(专利权)人：清华大学，
类型：发明
国别省市：