一種基於全光纖化飛秒雷射器的單光子源的製作方法

2023-04-26 01:58:26

本實用新型屬於量子信息處理技術領域，特別是涉及一種基於全光纖化飛秒雷射器的單光子源。

背景技術：

單光子源為只發射一個光子的光源。利用單光子源可以製備多光子糾纏態，多光子糾纏態是量子計算和量子通信中必不可少的基本資源；另外，單光子源在量子密碼術和線性光學量子計算等量子信息領域也有廣泛應用。單光子源的產生可以通過激發單個發射粒子產生，比如激發量子點、囚禁在高精細度腔內的單原子、隔離的分子、鑽石中孤立空缺等。由於這種技術要求溫度極低，因此沒有實際意義。單光子源也可通過參量過程的關聯光子對產生，稱為宣布式單光子源。這類參量過程主要包括基於非線性晶體自發參量下轉換過程和基於光纖三階非線性效應的自發四波混頻過程。利用基於光纖三階非線性效應的自發四波混頻過程製備單光子源可以實現單光子源全光纖化，使得單光子源結構簡單，穩定性高。但目前尚缺少這樣的裝置。

技術實現要素：

為了解決上述問題，本實用新型的目的在於提供一種基於全光纖化飛秒雷射器的單光子源。

為了達到上述目的，本實用新型提供的基於全光纖化飛秒雷射器的單光子源包括：飛秒雷射種子源、光纖放大器、泵浦源、合束器、增益光纖、分束器、第一光環行器、第一窄帶光纖光柵、第二光環行器、第二窄帶光纖光柵、光電探測器、閒置光通道和信號光通道；其中：

飛秒雷射種子源通過光纖放大器與合束器連接，泵浦源與合束器連接，合束器通過增益光纖與分束器連接，分束器分別與第一光環行器和第二光環行器相連接，第一窄帶光纖光柵與第一光環行器連接，第二窄帶光纖光柵與第二光環行器連接，第一光環行器通過光電探測器與閒置光通道連接，第二光環行器與信號光通道連接。

所述的飛秒雷射種子源為重複頻率為5-10GHz的飛秒光纖雷射器，中心波長為1030nm-1064nm。

所述的泵浦源、合束器和增益光纖組成雙包層放大器；其中泵浦源為976nm泵浦源，功率為50-100W；增益光纖為芯徑20-30μm的雙包層高摻雜摻鉺磷酸鹽增益光纖，長度為1-2m。

所述的光纖放大器的功率放大倍數為50倍。

所述的第一光環行器和第一窄帶光纖光柵組成全光纖化濾波裝置，第二光環行器和第二窄帶光纖光柵組成全光纖化濾波裝置，第一窄帶光纖光柵和第二窄帶光纖光柵的帶寬為0.5-1nm。

本實用新型提供的基於全光纖化飛秒雷射器的單光子源的優點在於：使用高摻雜摻鉺磷酸鹽光纖獲得GHz級高重頻飛秒雷射，然後在雙包層放大器中進行放大，通過非線性效應獲得高強度糾纏光子對，並採用全光纖化濾波裝置分離光子對，由此獲得高信噪比單光子源。整個裝置的結構簡單，尺寸緊湊，性能穩定性好。

附圖說明

圖1為本實用新型提供的基於全光纖化飛秒雷射器的單光子源結構示意圖。

圖中：

1.飛秒雷射種子源 2.光纖放大器

3.泵浦源 4.合束器

5.增益光纖 6.分束器

7.第一光環行器 8.第一窄帶光纖光柵

9.第二光環行器 10.第二窄帶光纖光柵

11.光電探測器 12.閒置光通道

13.信號光通道

具體實施方式

下面結合附圖和具體實施例對本實用新型提供的基於全光纖化飛秒雷射器的單光子源進行詳細說明。

如圖1所示，本實用新型提供的基於全光纖化飛秒雷射器的單光子源包括：

飛秒雷射種子源1、光纖放大器2、泵浦源3、合束器4、增益光纖5、分束器6、第一光環行器7、第一窄帶光纖光柵8、第二光環行器9、第二窄帶光纖光柵10、光電探測器11、閒置光通道12和信號光通道13；其中：

飛秒雷射種子源1通過光纖放大器2與合束器4連接，泵浦源3與合束器4連接，合束器4通過增益光纖5與分束器6連接，分束器6分別與第一光環行器7和第二光環行器9相連接，第一窄帶光纖光柵8與第一光環行器7連接，第二窄帶光纖光柵10與第二光環行器9連接，第一光環行器7通過光電探測器11與閒置光通道12連接，第二光環行器9與信號光通道13連接。

所述的飛秒雷射種子源1為重複頻率為5-10GHz的飛秒光纖雷射器，中心波長為1030nm-1064nm。

所述的泵浦源3、合束器4和增益光纖5組成雙包層放大器；其中泵浦源3為976nm泵浦源，功率為50-100W；增益光纖5為芯徑20-30μm的雙包層高摻雜摻鉺磷酸鹽增益光纖，長度為1-2m。

所述的光纖放大器2的功率放大倍數為50倍。

所述的第一光環行器7和第一窄帶光纖光柵8組成全光纖化濾波裝置，第二光環行器9和第二窄帶光纖光柵10組成全光纖化濾波裝置，第一窄帶光纖光柵8和第二窄帶光纖光柵10的帶寬為0.5-1nm。

現將本實用新型提供的基於全光纖化飛秒雷射器的單光子源的工作原理闡述如下：

飛秒雷射種子源1所發出的重複頻率為5-10GHz的飛秒雷射首先經過光纖放大器2進行50倍功率預放大，然後注入雙包層放大器中，預放大後的飛秒雷射在由雙包層放大器放大過程中受非線性效應影響將產生高強度糾纏光子對，當飛秒雷射的中心波長為1063nm時，糾纏光子對的波長分別為閒置光835nm和信號光1443nm。隨後含有三種波長的雷射束經分束器6分為兩束，分開的兩束雷射分別經過第一光環行器7、第一窄帶光纖光柵8和第二光環行器9、第二窄帶光纖光柵10進行濾波。第一光環行器7和第一窄帶光纖光柵8的相應波長為閒置光835nm，可以濾掉1063nm的飛秒雷射和1443nm的信號光，只保留835nm波長的閒置光；第二光環行器9和第二窄帶光纖光柵10的作用是只保留1443nm的信號光。至此，將信號光和閒置光選出。糾纏光子對中的835nm閒置光和1443nm信號光是同時成對產生的，當探測到一個835nm閒置光脈衝時，即可預示一個1443nm信號光的產生。因此，分離出的835nm閒置光經過光電探測器11探測後從閒置光通道12輸出，以預示信號光的存在。分離出的信號光經過信號光通道13輸出。