一种用于量子光纤陀螺的反馈调节式量子光源制造技术

本发明专利技术涉及光学元件技术领域，尤其涉及一种用于量子光纤陀螺的反馈调节式量子光源，包括主光路、泵浦光反馈收集光路及反馈控制调节电路，主光路包括依次直线耦合的脉冲光源、泵浦滤波器、起偏器、分束器、KDP非线性晶体及两路光子探测器，泵浦光反馈收集光路包括依次耦合的第一固定反射镜、第二固定反射镜、压电陶瓷伺服控制反射镜及半波片，反馈控制调节电路与压电陶瓷伺服控制反射镜线缆连接。本发明专利技术提供的光源提高了单位时间内生成纠缠双光子对的效率，从而提高了其工程应用性，更加适宜应用于光纤陀螺等高精技术领域。用于光纤陀螺等高精技术领域。用于光纤陀螺等高精技术领域。

【技术实现步骤摘要】
一种用于量子光纤陀螺的反馈调节式量子光源


[0001]本专利技术涉及光学元件
，尤其涉及一种用于量子光纤陀螺的反馈调节式量子光源。

技术介绍

[0002]随着近年量子信息技术的发展，量子光纤陀螺的概念被提出，即在传统光纤陀螺的基础上将光源转变为纠缠双光子光源，干涉路径仍为光纤环圈。常见的双光子间的纠缠形式包括，动量和位置，时间和能量，偏振态，频率，光场的正交振幅和位相信息等。实际应用中，由于光子的偏振态易于控制和转换，使得偏振纠缠双光子被广泛应用。现有制备量子光源的方法主要有以下几种：（1）非线性晶体自发参量下转换过程SPDC；（2）原子系综或硅基材料自发四波混频过程；（3）量子点、NV色心等半导体材料光激子过程。在诸多量子光源中，自发参量下转换量子光源发展历史最悠久、技术最为成熟，被广泛应用于量子信息的各个领域，如量子密钥分配、量子隐形传态、量子计算、量子模拟等。
[0003]自发参量下转换是一种非线性效应，自发参量下转换是利用高频泵浦光子与非线性介质作用，在满足能量守恒和动量守恒的前提下，同时生成一对低频的信号光子与闲置光子。下转换光子具有时间、偏振、频率、自旋纠缠等特性，具有从泵浦波频率到晶格共振频率的宽光谱分布。
[0004]但是，由于实际应用时光源的光强极弱，探测器的分辨能力也有限，且参量下转换过程散发热量，泵浦光强也不可能无限增大，因此实际应用中捕捉到自发参量下转化的光子很困难，纠缠光子对的生成效率很低，所以将量子光源应用于光纤陀螺需克服一定的技术困难。

技术实现思路

>[0005]本专利技术所要解决的技术问题是提供一种用于量子光纤陀螺的反馈调节式量子光源，通过循环光路，使泵浦光循环多次通过KDP非线性晶体，并通过反馈控制调节电路反馈光路光程伺服精密控制的方法，使多级泵浦光相干增强，提高单位时间内生成纠缠双光子对的效率。
[0006]本专利技术是通过以下技术方案予以实现：一种用于量子光纤陀螺的反馈调节式量子光源，其包括主光路、泵浦光反馈收集光路及反馈控制调节电路，所述主光路包括依次直线耦合的脉冲光源、泵浦滤波器、起偏器、分束器、KDP非线性晶体及分别耦合于KDP非线性晶体两侧的两路光子探测器，两路所述光子探测器与KDP非线性晶体之间的连线分别与主光路之间的夹角为3
°
，所述泵浦光反馈收集光路包括依次耦合的第一固定反射镜、第二固定反射镜、压电陶瓷伺服控制反射镜及半波片，所述第一固定反射镜位于主光路所在直线上且与主光路呈 45
°
倾斜设置，所述第二固定反射镜位于第一固定反射镜的下方且与主光路所在直线呈45
°
倾斜设置，所述压电陶瓷伺服控制反射镜与第二固定反射镜所在直线与主光路平行，所述半波片耦合于压电陶
瓷伺服控制反射镜与分束器之间，所述反馈控制调节电路与压电陶瓷伺服控制反射镜之间通过线缆连接。
[0007]进一步，反馈控制调节电路包括依次通过线缆连接的光功率计、微控制器、数模转换器及伺服驱动器，所述光功率计与分束器耦合，所述伺服驱动器与压电陶瓷伺服控制反射镜之间通过线缆连接。
[0008]优选的，脉冲光源为被动锁模激光器或主动锁模激光器。
[0009]优选的，光子探测器为硅单光子探测器。
[0010]专利技术的有益效果：本专利技术提供的一种用于量子光纤陀螺的反馈调节式量子光源，通过循环光路，使泵浦光循环多次通过KDP非线性晶体，并通过反馈控制调节电路反馈光路光程并伺服精密控制的方法，使多级泵浦光相干增强，产生的下转换光子数为原来的四倍多，提高了单位时间内生成纠缠双光子对的效率，从而提高其工程应用性，更加适宜应用于光纤陀螺等高精

附图说明
[0011]图1是本专利技术反馈调节式量子光源示意图。
[0012]图2是本专利技术主光路示意图。
[0013]图3是本专利技术反馈控制调节电路示意图。
[0014]图中：1.泵浦光源，2.分束器，3.压电陶瓷伺服控制反射镜，4.半波片，5.KDP非线性晶体，6.第二固定反射镜，7.第一固定反射镜，8.光子探测器，9.反馈控制调节电路，10.脉冲光源，11.泵浦滤波器，12.起偏器，13.光功率计，14.微控制器，15.数模转换器，16.伺服驱动器。
具体实施方式
[0015]一种用于量子光纤陀螺的反馈调节式量子光源，其示意图如图1所示，包括主光路、泵浦光反馈收集光路及反馈控制调节电路，所述主光路包括依次直线耦合的脉冲光源10、泵浦滤波器11、起偏器12、分束器2、KDP非线性晶体5及分别耦合于KDP非线性晶体两侧的两路光子探测器8，两路所述光子探测器与KDP非线性晶体之间的连线分别与主光路之间的夹角为3
°
，主光路示意图如图2所示，其中脉冲光源、泵浦滤波器及起偏器构成泵浦光源1，所述泵浦光反馈收集光路包括依次耦合的第一固定反射镜7、第二固定反射镜6、压电陶瓷伺服控制反射镜3及半波片4，所述第一固定反射镜位于主光路所在直线上且与主光路呈45
°
倾斜设置，所述第二固定反射镜位于第一固定反射镜的下方，且与主光路所在直线上呈45
°
倾斜设置，所述压电陶瓷伺服控制反射镜与第二固定反射镜所在直线与主光路平行，所述压电陶瓷伺服控制反射镜位于分束器下方，所述半波片耦合于压电陶瓷伺服控制反射镜与分束器之间，所述反馈控制调节电路9与压电陶瓷伺服控制反射镜之间通过线缆连接，两路光子探测器、两个固定反射镜及压电陶瓷伺服控制反射镜的设置既方便调节，又能缩短光程且使整个光源的体积最小化。
[0016]由于自发参量下转换是一种非线性效应，自发参量下转换是利用高频泵浦光子与非线性介质作用，在满足能量守恒和动量守恒的前提下，同时生成一对低频的信号光子与
闲置光子。下转换光子具有时间、偏振、频率、自旋纠缠等特性，具有从泵浦波频率到晶格共振频率的宽光谱分布。
[0017]而自发参量下转化（SPDC）光场的产生原理类似于上述的参量混频过程，都是强光泵浦的非线性光学现象，但又有本质区别。一般的参量混频需要有两束光入射非线性晶体，而SPDC过程中只有一束泵浦光作用在非线性晶体上。SPDC过程可以通过温度或角度调谐产生下转换光，且满足能量和动量守恒条件，即相位匹配条件，如式（1）及式（2）所示：（1）；（2）；其中：表示泵浦光频率，表示信号光频率，为闲置光频率，为泵浦光波矢，表示信号光波矢，为闲置光波矢；
[0018]因为自发参量下转化过程只有一束泵浦光作用在非线性晶体上，下转换光的起始光子数均为零，所以只有用量子理论才能解释它的产生机理。SPDC过程中泵浦光为强光，可以对泵浦场作经典处理，而对下转换场作量子化处理，则有式（3）、（4）、（5）：（3）；（4）；（5）；其中：为泵浦场的振幅，为普朗克常数，为信号光的介电常数，为闲置光的介电常数，为时段信号光的光子产生算符，为时段闲置光的光子产生算符，为时段信号光的光子湮灭算符，为时段闲置光的光子湮灭算符，、、为与波矢和偏振相关的量，为泵浦光的平面本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于量子光纤陀螺的反馈调节式量子光源，其特征在于，包括主光路、泵浦光反馈收集光路及反馈控制调节电路，所述主光路包括依次直线耦合的脉冲光源、泵浦滤波器、起偏器、分束器、KDP非线性晶体及分别耦合于KDP非线性晶体两侧的两路光子探测器，两路所述光子探测器与KDP非线性晶体之间的连线分别与主光路之间的夹角为3
°
，所述泵浦光反馈收集光路包括依次耦合的第一固定反射镜、第二固定反射镜、压电陶瓷伺服控制反射镜及半波片，所述第一固定反射镜位于主光路所在直线上且与主光路呈 45
°
倾斜设置，所述第二固定反射镜位于第一固定反射镜的下方，且与主光路所在直线呈45
°
倾斜设置，所述压电陶瓷...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈涛，赵坤，颜苗，王周祥，刘伯晗，
申请(专利权)人：中国船舶集团有限公司第七〇七研究所，
类型：发明
国别省市：