[发明专利]一种利用周期极化铌酸锂薄膜波导的非简并极化纠缠源系统及其工作方法

说明书

本发明涉及一种利用周期极化铌酸锂薄膜波导的非简并极化纠缠源系统及其工作方法，包括激光器、第一半波片、二色向镜、第一探测器、第二探测器、极化分束器、第二半波片、第一反射镜、第二反射镜、周期极化铌酸锂波导；本发明只用一块周期极化晶体就可以得到我们所需要的纠缠源结构，当激光通过一个极化分束器分成两个可能的路径后从相对方向通过周期极化光波导,泵浦光在两个路径中各产生一对纠缠光子对。本发明装置结构紧凑，干涉仪部分所用光学器件都可以制作在一个集成光路中，为纠缠源的集成化与规模化生产奠定了基础。

技术领域

本发明涉及一种利用周期极化铌酸锂薄膜波导的非简并极化纠缠源系统及其工作方法，属于量子信息技术领域。

背景技术

量子力学中，当几个粒子在彼此相互作用后，由于各个粒子所拥有的特性已整合成为整体性质，无法单独描述各个粒子的性质，只能描述整体系统的性质，则称这现象为量子纠缠。

许多量子技术研究方案中的一个重要组成部分是高质量的单光子或纠缠光子对源。目前，实验中使用较多的纠缠源为使用type-II型BBO晶体产生频率下转换光的极化纠缠源，根据不同的泵浦光波长及收集角度计算相应的相位匹配角，但是，其最大的缺点为自发下转换效率较低。后来，随着非线性晶体周期极化技术的成熟，科研人员研制出了周期极化铌酸锂(PPLN)和周期极化磷酸钛氧钾(PPKTP)，紧接着出现了使用两块周期极化晶体的马赫-曾德尔干涉仪结构的极化纠缠源。虽然纠缠光子对的产生效率得到显著提升，但是，由于上述极化纠缠源使用的非线性晶体都为体材料，整个纠缠源装置体积较大，不利于装置的紧凑化设计。且马赫-曾德尔干涉仪结构的极化纠缠源要使用两块周期极化二阶非线性晶体，所需仪器费用比较昂贵不利于大规模的普及。并且，当简并的纠缠光子源用于单光子源时，如果两个光子波长都处于通讯波段，常用的硅基雪崩二极管探测器不能用于对heraled光子的探测。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供了一种利用周期极化铌酸锂薄膜波导的非简并极化纠缠源系统；

本发明还提供了上述非简并极化纠缠源系统的工作方法；

本发明的技术方案为：

一种利用周期极化铌酸锂薄膜波导的非简并极化纠缠源系统，包括激光器、第一半波片、二色向镜、第一探测器、第二探测器、极化分束器、第二半波片、第一反射镜、第二反射镜、周期极化铌酸锂波导；

所述激光器、第一半波片、二色向镜、极化分束器、第二半波片、第二反射镜依次沿光路设置；所述二色向镜连接所述第一探测器；所述极化分束器连接所述第二探测器；所述极化分束器、第二半波片、第二反射镜、周期极化铌酸锂波导、第一反射镜依次首尾连接；

所述激光器用于产生波长为532nm激光，入射至所述周期极化铌酸锂波导；所述第一半波片用于将激光的水平极化状态变为水平极化与竖直极化叠加的状态；所述二色向镜用于分离激光与产生的下转换光；所述第一探测器、第二探测器用于探测产生的下转换光的信号；所述极化分束器用于将在同一光路上的不同极化方向的光分开；所述第二半波片用于将竖直极化的光变为水平极化的光；所述第一反射镜、第二反射镜用于改变光传播的方向；所述周期极化铌酸锂波导用于产生下转换光。

根据本发明优选的，所述周期极化铌酸锂波导是在商用的离子切片制备的x切的晶圆上制作的，具体制备方法如下：

A、在厚度为10-30μm的二氧化硅层上生长一层厚度为100nm-1μm的铌酸锂薄膜；

B、用磁控溅射的方法在铌酸锂薄膜表面沉积一层厚度为400-800nm的铬层；

C、在铬层上涂一层光刻胶层，用激光直写的方式做出所需要样品的形状；

D、由于铌酸锂薄膜与金属铬层的热损伤阈值不同，通过控制激光功率，在0.2毫瓦采用飞秒激光烧蚀法去除多余的铬层；