一种高效的全光纤纠缠源的制作方法

1.本实用新型涉及量子技术领域，尤其涉及一种高效的全光纤纠缠源。


背景技术：

2.量子纠缠是量子信息学科中最为重要的一个课题，它的制备在实验上有许多方法，其中最为常用的就是利用非线性晶体的参量下转换方法。现有技术中已公开了一些基于ppktp晶体实现的纠缠源结构，但是，这些现有技术往往都是利用空间光学器件在实验环境下搭建的，调试难度较大，且系统稳定性和光学效率不高，不利于进行系统集成。


技术实现要素：

3.针对现有技术中存在的上述问题，本实用新型提出了一种高效的全光纤纠缠源。其中，以光纤信道实现光信号在不同光学器件之间传输，各光学器件之间易于实现光学对准且系统稳定性好，可以有效改善纠缠源的效率，同时该纠缠源更易于集成和调控。此外，通过将pptkp晶体及其相关光学耦合器件封装为一体，对pptkp晶体端部结构进行优化，为泵浦光提供相位和偏振态调控功能，以及提供输出滤波功能，可以进一步提高光学耦合效率和减少光学噪声，提高纠缠源的效率和性能。
4.具体而言，本实用新型涉及一种高效的全光纤纠缠源，其包括用于生成泵浦光信号的激光器、光学传输器件、偏振分束器、偏振旋转单元及ppktp晶体；
5.其特征在于，所述ppktp晶体与第一耦合准直器和第二耦合准直器封装成一体；
6.所述光学传输器件具有第一端口、第二端口和第三端口，其中，所述第一端口的输入光由第二端口输出，所述第二端口的输入光由第三端口输出；
7.所述激光器通过第一光纤连接所述光学传输器件的第一端口；
8.所述偏振分束器具有第一端口、第二端口、第三端口和第四端口，且被设置用于将所述泵浦光信号分成两个泵浦光信号分量以分别经第三端口和第四端口输出，其中，所述偏振分束器的第一端口通过第二光纤连接所述光学传输器件的第二端口；
9.所述第一耦合准直器被设置成与所述ppktp晶体的一端形成光耦合，且其尾纤通过第三光纤连接所述偏振分束器的第三端口；
10.所述ppktp晶体被设置用于使所述泵浦光信号分量发生自发参量下转换过程以生成参量下转换光信号，且两端镀有增透膜；
11.所述第二耦合准直器被设置成与所述ppktp晶体的另一端形成光耦合，且其尾纤通过第四光纤连接所述偏振分束器的第四端口；
12.所述偏振旋转单元设于所述第三光纤或第四光纤上，用于使光偏振态发生90度旋转；
13.所述光学传输器件的第三端口和/或所述偏振分束器的第二端口连接有滤波器。
14.进一步地，所述光学传输器件为环形器。
15.进一步地，所述光学传输器件为波分复用器，所述第一端口允许传输所述泵浦光
信号而不允许传输所述参量下转换光信号，所述第三端口允许传输所述参量下转换光信号而不允许传输所述泵浦光信号，所述第二端口允许传输所述泵浦光信号和参量下转换光信号。
16.进一步地，所述偏振分束器为光纤偏振分束器。
17.进一步地，所述偏振旋转单元为偏振控制器。
18.进一步地，所述第一光纤为单模保偏光纤，且所述第二光纤、第三光纤和第四光纤为全波长保偏光纤。
19.更进一步地，所述偏振旋转单元通过所述第三光纤和/或第四光纤与偏振分束器的光轴旋转对准来实现。
20.可选地，所述激光器为脉冲激光器或连续光激光器。
21.进一步地，所述第一光纤上设置有光隔离器、相位调制器和偏振控制器中的一种或多种。
22.优选地，所述ppktp晶体的两端面为斜面。
附图说明
23.下面结合附图对本实用新型的具体实施方式作进一步详细的说明。
24.为了更清楚地说明本实用新型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实用新型的一些实施例，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。
25.图1示出了根据本实用新型的高效全光纤纠缠源的结构示意图。
具体实施方式
26.在下文中，本实用新型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，以便充分传达本实用新型的精神给本实用新型所属领域的技术人员。因此，本实用新型不限于本文公开的实施例。
27.图1示出了根据本实用新型的高效全光纤纠缠源的结构示意图。
28.如图1所示，该全光纤纠缠源包括激光器1、光学传输器件2、偏振分束器3、偏振旋转单元4和ppktp晶体6。
29.在该纠缠源中，激光器1通过第一光纤连接光学传输器件2的第一端口2-1。因此，由激光器1生成的泵浦光信号可以经光纤信道传输至光学传输器件2，经其第一端口2-1输入并由第二端口2-2输出。其中，激光器1可以为脉冲激光器或者连续光激光器。
30.光学传输器件2的第二端口2-2通过第二光纤连接光纤偏振分束器3的第一端口3-1，因此，泵浦光信号可以继续经光纤信道传输并输入光纤偏振分束器3。
31.在光纤偏振分束器3处，由第一端口3-1输入的泵浦光信号将被分光形成两个泵浦光信号分量，即，垂直偏振的泵浦光信号分量和水平偏振的泵浦光信号分量。例如，水平偏振的泵浦光信号分量可以经透射从光纤偏振分束器3的第三端口3-3输出，垂直偏振的泵浦光信号分量可以经反射从光纤偏振分束器3的第四端口3-4输出。
32.在本实用新型中，ppktp晶体6与第一耦合准直器5和第二耦合准直器7封装成一体
结构，其中，第一耦合准直器5和第二耦合准直器7的尾纤被用作该一体结构两端的光纤连接端，用于接收泵浦光信号分量和输出参量下转换光信号。
33.如图1所示，第一耦合准直器5的尾纤可以通过第三光纤与光纤偏振分束器3的第三端口3-3连接，第二耦合准直器7的尾纤通过第四光纤与光纤偏振分束器3的第四端口3-4连接。
34.在用于ppktp晶体6的一体结构中，第一耦合准直器5被设置成与ppktp晶体6的一端形成良好的光学耦合，同时第二耦合准直器7与ppktp晶体6的另一端形成良好的光学耦合，并且，在ppktp晶体6的两端上镀覆有增透膜，由此保证泵浦光信号分量能够高效地进入ppktp晶体6，以及允许ppktp晶体6中生成的参量下转换光信号高效地输出，从而改善纠缠源的光学效率。
35.在一种优选示例中，还可以将ppktp晶体6的两个端面形成为斜面，以有效抑制泵浦光信号的反射光进入耦合准直器，从而降低泵浦光信号的噪声影响，改善纠缠源的效率。
36.偏振旋转单元4被设置在第三光纤或第四光纤上，用于使光偏振态发生90度的旋转。
37.因此，当水平偏振的泵浦光信号分量从光纤偏振分束器3的第三端口3-3进入第三光纤之后，该泵浦光信号分量将沿光纤信道进入第一耦合准直器5的尾纤，并被第一耦合准直器5耦合至ppktp晶体6中，从而在ppktp晶体6中发生自发参量下转换过程以生成第一参量下转换光信号，其包括信号光子|hs》和闲频光子|vi》。该第一参量下转换光信号经第二耦合准直器7进入第四光纤，沿光纤信道输入偏振旋转单元4，并在其作用下发生90度的偏振态旋转。此时，第一参量下转换光信号将包括信号光子|vs》和闲频光子|hi》，其将继续在第四光纤中传输到达光纤偏振分束器3的第四端口3-4。
38.当垂直偏振的泵浦光信号分量从光纤偏振分束器3的第四端口3-4进入第四光纤之后，该泵浦光信号分量将沿光纤信道输入偏振旋转单元4，并在其作用下发生90度的偏振态旋转，从而变成水平偏振光。该水平偏振的泵浦光信号分量继续沿第四光纤进入第二耦合准直器7的尾纤，并被第二耦合准直器7耦合至ppktp晶体6中，从而在ppktp晶体6中发生自发参量下转换过程以生成第二参量下转换光信号，其包括信号光子|hs》和闲频光子|vi》。该第二参量下转换光信号经第一耦合准直器5进入第三光纤，沿光纤信道传输到达光纤偏振分束器3的第三端口3-3。
39.因此，光纤偏振分束器3的第一端口3-1处会输出信号光子|vs》和|hs》，其将输入光学传输器件2的第二端口2-2并由第三端口2-3出射；光纤偏振分束器3的第二端口3-2处会直接输出闲频光子|hi》和|vi》。
40.由于光子的全同性，当在光学传输器件2的第三端口2-3和光纤偏振分束器3的第二端口3-2处同时探测到光子时，无法分辨下转换光子来自哪条路径，此时两个光子便处于纠缠态。
41.在本实用新型中，还可以在光学传输器件2的第三端口2-3和光纤偏振分束器3的第二端口3-2处设置滤波器8，以滤除非信号光子和闲频光子的成分，改善纠缠源的性能。
42.进一步地，还可以在激光器1的输出端(即第一光纤上)设置光隔离器9，以对激光器提供保护。
43.进一步地，还可以在激光器1的输出端(即第一光纤上)设置相位调制器11和偏振
控制器10，用于对泵浦光的相位和偏振态进行调节，以改善泵浦光在纠缠源内的光学传输效率，以及自发参量下转换过程的工作效率，进而实现一种高效的纠缠源。
44.在本实用新型中，第一光纤可以采用单模保偏光纤，第二光纤、第三光纤和第四光纤可以采用全波长保偏光纤。
45.根据本实用新型，光学传输器件2可以采用环形器，例如图1所示那样。
46.作为替换，光学传输器件2也可以采用波分复用器来实现。此时，波分复用器2可以被配置成其第一端口2-1仅允许传输泵浦光信号，而不允许传输参量下转换光信号，第三端口2-3仅允许传输参量下转换光信号而不允许传输泵浦光信号，第二端口2-2同时允许传输泵浦光信号和参量下转换光信号。因此，在本实用新型的纠缠源中，由激光器1输出的泵浦光信号可以由波分复用器2的第一端口2-1输入并由第二端口2-2输出，由偏振分束器3输出的参量下转换光信号可以由波分复用器2的第二端口2-2输入并由第三端口2-3输出。
47.根据本实用新型，偏振旋转单元4可以采用偏振控制器来实现，例如图1所示那样。
48.作为替换，偏振旋转单元4还可以通过第四光纤(或第三光纤)与光纤偏振分束器3的光轴旋转对准来实现。
49.因此，本实用新型提出了一种基于全光纤结构实现的纠缠源，其中，以光纤信道实现光信号在不同光学器件之间传输，且各光学器件之间易于实现光学对准且系统稳定性好，由此可以有效改善纠缠源的效率，同时该纠缠源更易于集成和调控。此外，通过将pptkp晶体及其相关光学耦合器件封装为一体，以及对pptkp晶体端部结构的优化，可以进一步提高光学耦合效率和减少光学噪声，提高纠缠源的效率。并且，通过设置偏振控制器和相位调制器以提供泵浦光的调控功能，可以允许优化泵浦光参数，从而改善泵浦光的利用率，进而改善纠缠源的效率。
50.尽管前面结合附图通过具体实施例对本实用新型进行了说明，但是，本领域技术人员容易认识到，上述实施例仅仅是示例性的，用于说明本实用新型的原理，其并不会对本实用新型的范围造成限制，本领域技术人员可以对上述实施例进行各种组合、修改和等同替换，而不脱离本实用新型的精神和范围。