[发明专利]在光子集成芯片的波导内传输轨道角动量的方法

说明书

一种在光子集成芯片的波导内传输轨道角动量的方法，通过飞秒激光直写技术，在透明硼硅酸盐玻璃中通过多次扫描，加工出用于传输多阶轨道角动量模式的环形波导。本发明制备得到的芯片，能够同时稳定传输+1阶，‑1阶及其叠加态，0阶，耦合效率高达60％，同时保真度达到80％以上。此外，轨道角动量本身的高维度及叠加态的操控将大幅增加量子态空间，从而潜在的可以通过片上操控超纠缠等方式大幅提升量子计算能力。

技术领域

本发明涉及的是一种轨道角动量在光子集成芯片内传输的技术，具体是一种在光子集成芯片的波导内传输轨道角动量的方法。

背景技术

轨道角动量为经典信息和量子信息提供了额外的新自由度，它内在的无限维度特性使得它被用于增加经典信息的信息容量、高维的量子态产生以及高维希尔伯特空间的量子计算。由于轨道角动量在经典信息以及量子信息领域的大规模应用，需要开发集成装置及设备，使得轨道角动量产生、传输、及操控处理一体化，以此可以避免其在宏观光路中的连接误差、接入损耗及接口噪声等问题，提高了系统的稳定性、可靠性、鲁棒性。目前，科研工作者利用微环谐振腔(Integrated compact optical vortex beam emitters)，可控的位相阵列(Integrated compact optical vortex beam emitters momentum withsilicon photonic circuits)等，实现了将轨道角动量从集成装置表面辐射到自由空间，但是，轨道角动量在集成芯片内部的传输以及操控和处理还有待解决。此外，飞秒激光加工可以在不损伤材料表面的情况下对材料内部进行有选择性的修饰，制造任意形状的三维结构。

发明内容

本发明基于上述技术空白并结合飞秒激光加工的高度灵活的特点，提出一种在光子集成芯片的波导内传输轨道角动量的方法，调制后的飞秒激光进行轨道角动量环形波导的加工，实现了高效率高保真地传输轨道角动量+1阶，-1阶，0阶及其叠加态，从而实现了片上传输与操控轨道角动量，增加了集成芯片上处理的自由度。与以往不同的是，实现的是轨道角动量在集成芯片内部的传输以及操控，而不是将轨道角动量从集成芯片表面辐射到自由空间。

本发明采用如下的技术方案实现：

本发明涉及一种用于轨道角动量在光子集成芯片内部传输的环形波导的制备方法：通过飞秒激光直写技术，即设置飞秒激光脉冲中心位于513nm，脉冲持续时间为290fs，重复频率为1MHz，使用数值孔径为0.7的透镜将飞秒激光聚焦在硼硅酸盐表面以下170μm处，在透明玻璃中通过多次扫描，加工出用于传输多阶轨道角动量模式的环形波导。

所述的飞秒激光直写，直写功率为70mw。

所述的飞秒激光直写，直写速度为5mm/s。

所述的飞秒激光直写，直写深度为表面以下170μm处。

所述的扫描，其次数优选为12次。

所述的透明玻璃，采用但不限于硼硅酸盐玻璃、熔融石英玻璃或其他材料的玻璃。

本发明涉及上述方法制备得到的波导，为环形对称结构，位于玻璃表面以下170μm。

本发明涉及一种芯片，包括上述方法制备得到的环形波导。

本发明涉及上述芯片的应用，将其用于波导内传输轨道角动量。

技术效果