[发明专利]波长可调和频谱可控小型化量子关联光子对源及生成方法

权利要求书

1.一种波长可调和频谱可控小型化量子关联光子对生成方法，其特征是，使用950nm至1150nm波段中心波长和带宽均可调谐的脉冲激光作为泵浦光；通过选择具有特定微结构参数的光子晶体光纤或微纳光纤作为非线性介质，并通过调谐泵浦光的中心波长和带宽，由非线性介质中的自发四波混频过程产生波长可调和频谱可控的量子关联光子对。

2.如权利要求1所述的波长可调和频谱可控小型化量子关联光子对生成方法，其特征是，使用的950nm至1150nm波段中心波长和带宽均可调谐的脉冲泵浦光，其实现途径是：使用基于掺镱或掺钕光纤的锁模脉冲激光器和放大器作为泵浦光源，通过将激光器或放大器的输出经过可调谐滤波器件进行滤波而得到；若激光器或放大器的输出带宽不足以覆盖上述波段，则将激光器或放大器的输出先通过一段光纤展宽为超连续谱后再施行滤波。

3.如权利要求1所述的波长可调和频谱可控小型化量子关联光子对生成方法，其特征是，量子关联光子对的波长调谐具体通过以下两种不同的途径分别实现：（1）选择具有恒定微结构参数的光子晶体光纤或微纳光纤，以产生具有大频率失谐特征的量子关联光子对，光子对中信号光子或闲频光子与泵浦光之间的频率失谐最大值超过40THz、且该频率失谐随泵浦光波长的改变，在数THz至失谐最大值之间连续变化，从而通过改变泵浦光波长实现对光子对波长的调谐；（2）使用具有不均匀纤芯直径的光子晶体光纤或微纳光纤，即光子晶体光纤或微纳光纤成品的纤芯直径从光纤的一段到另一端具有随长度增大或减小的变化，其变化幅度不超过初始参数值的10%，以使所产生的关联光子带宽大于相应的均匀光纤，从而在不改变泵浦光波长的情况下，通过可调谐滤波器对关联光子对进行滤波，实现对关联光子对波长的调谐。

4.如权利要求1所述的波长可调和频谱可控小型化量子关联光子对生成方法，其特征是，产生具有大频率失谐特征的量子关联光子对所需的光子晶体光纤或微纳光纤，其微结构参数取值范围如下，对于光子晶体光纤，纤芯直径d需取值0.7μm至8μm之间，包层空气比f取值则随纤芯直径d和对输出光子对波长的需求而变化：当纤芯直径d为0.7μm至1.2μm时，f取60%至100%，当纤芯直径d为1.2μm至1.6μm时，f取35%至80%，当纤芯直径d为1.6μm至4μm时，f取10%至60%，当纤芯直径d为4μm至8μm时，f取10%至100%；对于微纳光纤，纤芯直径d需取值0.7μm至1.2μm之间。

5.如权利要求1所述的波长可调和频谱可控小型化量子关联光子对生成方法，其特征是，量子关联光子对的频谱控制具体通过以下途径实现：选择纤芯直径d在1.6μm至2.5μm间，包层空气比f在20%至50%间的光子晶体光纤，使其色散满足τ_sτ_i<0的条件，其中为传播常数在泵浦光中心频率处的一阶导数，为传播常数在信号光子中心频率处的一阶导数，为传播常数在闲频光子中心频率处的一阶导数；在τ_sτ_i<0的条件下，相位匹配函数具有正相关的频谱特征，若泵浦光的带宽σ_p和光纤长度L满足则使关联光子对具有近似不相关的频谱，若满足则使关联光子对具有近似正相关的频谱，若满足则使关联光子对具有近似反相关的频谱，从而实现对关联光子对频谱的控制。

6.一种波长可调和频谱可控小型化量子关联光子对源，其结构为：基于掺镱或掺钕光纤的锁模脉冲激光器、放大器以及基于单模光纤的超连续谱产生装置，用于产生脉冲泵浦光；具有特定微结构参数的光子晶体光纤或微纳光纤，用于产生波长可调和频谱可控的量子关联光子对；滤波装置，用于将产生的量子关联光子对与剩余泵浦光有效分离并滤波输出。

7.如权利要求6所述的波长可调和频谱可控小型化量子关联光子对源，其特征是，用于产生波长可调量子关联光子对的光子晶体光纤或微纳光纤，其微结构参数取值范围为：对于光子晶体光纤，纤芯直径d需取值0.7μm至8μm之间，包层空气比f取值则随d和对输出光子对波长的需求而变化：当d为0.7μm至1.2μm时，f取60%至100%，当d为1.2μm至1.6μm时，f取35%至80%，当d为1.6μm至4μm时，f取10%至60%，当d为4μm至8μm时，f取10%至100%；对于微纳光纤，纤芯直径d需取值0.7μm至1.2μm之间。