一种偏振无关的量子频率上转换方法技术

技术编号:9518971 阅读:218 留言:0更新日期:2014-01-01 16:41
本发明专利技术属于波长转换技术领域,具体涉及一种偏振无关的量子频率上转换方法,该上转换方法通过利用第二类相位匹配的光路和第零类相位匹配的光路同轴串联能转换相互正交偏振态的特点,实现了同轴的、无相位延时的偏振无关的频率上转换。本发明专利技术的优点是,方法简单,利用同轴串联的第二类相位匹配光路和第零类相位匹配光路结构实现正交偏振纠缠态的光量子频率上转换,通过调节补偿器可以做到两个偏振的无延时合束,保持入射信号光完整性,该设计具有偏振无关的特性。

【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】本专利技术属于波长转换
,具体涉及,该上转换方法通过利用第二类相位匹配的光路和第零类相位匹配的光路同轴串联能转换相互正交偏振态的特点,实现了同轴的、无相位延时的偏振无关的频率上转换。本专利技术的优点是,方法简单,利用同轴串联的第二类相位匹配光路和第零类相位匹配光路结构实现正交偏振纠缠态的光量子频率上转换,通过调节补偿器可以做到两个偏振的无延时合束,保持入射信号光完整性,该设计具有偏振无关的特性。【专利说明】
本专利技术属于波长转换
,具体涉及。
技术介绍
量子计算机突出的优点,吸引许许多多科学工作者从事相关研究。量子通信可以光子作为载体,纠缠态作为qubit编码信息。而光纤通信以1550nm波段最优,纠缠态信息的存储目前在铷蒸汽中效率最高,其波长在800nm左右。因此,如何在保持量子特性,特别是其纠缠态不改变的情况下,实现SOOnm附近光子与1550nm通信波段光子之间的相互转化,成了关键性的问题。1992年Kumar通过实验检测频率转换前后的光子非经典强度相关性,验证得出光子频率上转换后其量子特性得以保持。在这些量子纠缠态中,偏振纠缠态因其容易产生,能够精准控制,且便于测量的优点得到了广泛的应用。Paul G.Kwiat等人从经典场出发,推导出光子相位和偏振在频率转换的过程中适当条件下是保持原来的特性。正是由于这一重要的量子特性,频率转换技术才能在量子光学领域得到重要应用。忽略泵浦在上转换过程的能量损耗,可以用Ep表示,则和频过程中系统哈密顿量可以表示为: 其中H力信号光子的湮灭算符,S是和频光子产生算符,g为耦合系数。应用初始条件,得出在出射非线性介质的时刻,入射光子态和和频光子态的表达式:`SL1CO= S1(O) Cos(IgSpIzi)-a2(0)sirijg^ |z)a2C£) = S2(O) coslgfi^l!)+S1(O)SmlIgSpIil) L为非线性晶体中相互作用的长度。从以上两个算符表达式可以看出,在满足 = 时,和频光子与信号光子可以实现完全的转换,并且保持完全相同的量子态,即从幻=S1(O)。由此可知,光子在和频转换后是可以保持其原始光子特性的。由于频率上转换探测是基于二阶非线性晶体的非线性作用过程,除了满足能量守恒 + = £2? , 頌V %分别表示信号光、泵浦光及和频光的频率,还需要满足相位匹配条件 + Φ2η2 = , 其中nTt 分别对应频率微1、%、的光波在介质中相应偏振态的折射率。为了满足相位匹配条件,对信号光和泵浦光都有特定的偏振方向要求。晶体中发生第二类相位匹配和第零类相位匹配所要满足的条件如下表所示。例如,为满足第二类相位匹配条件,水平偏振信号光(P〉)的频率W1与其在晶体中的折射率%乘积和竖直偏振泵浦光(Ψ))的频率OJ2与其在晶体中的折射率乘积之和等于水平偏振和频光(【权利要求】1.,涉及入射的泵浦光和信号光,其特征在于所述上转换方法具体为:在同一个光路中分别采用第二类相位匹配和第零类相位匹配,所述第二类相位匹配过程中,入射的所述泵浦光与信号光偏振相互垂直,且出射的上转换光偏振与所述信号光一致;所述第零类相位匹配过程中,入射的所述泵浦光与信号光以及出射的上转换光偏振方向均一致,利用偏振分束器将水平偏振态的所述上转换光和垂直偏振态的所述上转换光合束,实现与入射光量子偏振态完全相同的频率上转换过程。2.根据权利要求1所述的,其特征在于所述第二类相位匹配的光路包含二向色镜I以及第二类相位匹配晶体,所述二向色镜I位于所述泵浦光和信号光的正交点处,以使两者合束入射所述第二类相位匹配晶体后,入射所述第零类相位匹配的光路;所述第零类相位匹配的光路包含偏振分束器I和偏振分束器I1、第零类相位匹配晶体和二向色镜II,入射进所述第零类相位匹配的光路的光经过所述偏振分束器I分束,一路光经过所述第零类相位匹配晶体后,经所述二向色镜II反射入射所述偏振分束器II,另一路光经过反射并通过补偿器入射所述偏振分束器II,入射所述偏振分束器II的两路光合束后得到完整的和频光。3.根据权利要求2所述的,其特征在于所述第二类相位匹配的光路中,所述泵浦光经一 45°夹角设置的反射镜入射所述二向色镜I。【文档编号】G02B27/28GK103488022SQ201310409574【公开日】2014年1月1日 申请日期:2013年9月11日 优先权日:2013年9月11日 【专利技术者】周茜, 汤瑞凯, 李雄杰, 武愕, 潘海峰, 吴伯涛, 曾和平 申请人:华东师范大学本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种偏振无关的量子频率上转换方法,涉及入射的泵浦光和信号光,其特征在于所述上转换方法具体为:在同一个光路中分别采用第二类相位匹配和第零类相位匹配,所述第二类相位匹配过程中,入射的所述泵浦光与信号光偏振相互垂直,且出射的上转换光偏振与所述信号光一致;所述第零类相位匹配过程中,入射的所述泵浦光与信号光以及出射的上转换光偏振方向均一致,利用偏振分束器将水平偏振态的所述上转换光和垂直偏振态的所述上转换光合束,实现与入射光量子偏振态完全相同的频率上转换过程。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员:周茜汤瑞凯李雄杰武愕潘海峰吴伯涛曾和平
申请(专利权)人:华东师范大学
类型:发明
国别省市:

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