[发明专利]一种基于Sagnac光纤环路产生三光子偏振纠缠GHZ态的系统

说明书

本发明公开了一种基于Sagnac光纤环路产生三光子偏振纠缠GHZ态的系统，该方法使用Sagnac光纤环路，基于光纤中的三阶非线性光学过程‑自发四波混频原理，包括：连续激光泵浦光源、密集波分复用器、掺铒光纤放大器、可变光衰减器、耦合器、功率计、滤波器、偏振控制器、可调延时线、Sagnac环、偏振分析仪、单光子探测器。本发明产生三光子偏振纠缠GHZ态的各部分组件，均可来自通讯波段商用化的成熟器件，这有利于光源的组装制备和实用化发展。通过此方法制备出的光源具有小型化、实用化、易与光纤系统集成的特点，所产生的纠缠三光子波长在1550nm波段，可在量子雷达、量子通讯、量子计量、多量子纠缠网络等领域得到广泛应用。

技术领域

本发明属于超材料技术领域，涉及一种基于Sagnac光纤环路产生三光子偏振纠缠GHZ态的系统。

背景技术

三光子偏振纠缠GHZ态由于其独特的量子特性，在量子信息科学领域具有广泛的应用价值。三光子偏振纠缠GHZ态或者多光子纠缠GHZ态，可应用于多方密码、分布式量子计算机、远程量子秘钥分发、量子隐形传态等民用领域。此外，三光子或多光子偏振纠缠GHZ态的光源还可以应用到军事领域，作为量子照射雷达的光源，将纠缠多光子发射出去，可实现对多个目标的探测和追踪，有望提升雷达的综合探测能力。目前，制备三光子偏振纠缠GHZ态的常见方法是利用非线性晶体中的自发参量下转换过程产生四光子偏振纠缠GHZ态，然后对其中一路光子进行投影测量，剩下的三个光子便是三光子偏振纠缠GHZ态。用此方法制备的三光子偏振纠缠纠GHZ态，通常使用体光学器件搭建而成，需要配合使用自由空间光路，要求精密的光学对准和稳定的实验环境，在实现高收集效率、器件进一步小型化和应付极端环境应用等方面存在局限；同时，需要使用波长跨度很大的光学元器件增加整个系统的复杂性。因此，人们需要更加易于制备、小型化、实用化等功能更优化的三光子偏振纠缠GHZ态光源。

发明内容

(一)发明目的

本发明的目的是：提供一种使用通讯波段的成熟器件来制备三光子偏振纠缠GHZ态的系统，基于三阶非线性光学过程-自发四波混频过程，实现整个装置具有易于制备、小型化、实用化、可光纤器件集成等特点。

(二)技术方案

为了解决上述技术问题，本发明提供一种基于Sagnac光纤环路产生三光子偏振纠缠GHZ态的系统包括依次连接的连续激光泵浦光源1、第一密集波分复用器2、第四密集波分复用器3、掺铒光纤放大器4、第一可变光衰减器5、第一耦合器6、功率计7、第一滤波器8，第一滤波器8输出的两路波长不同的光，波长λ₁的一路光子进入依次连接的第一偏振控制器9、可调延时线10、第二滤波器11，波长λ₂的一路光子进入依次连接的第二偏振控制器12、第二可变光衰减器13、第三滤波器14，第二滤波器11和第三滤波器14的输出端连接第二耦合器15的输入端，第二耦合器15的输出端连接Sagnac环16，Sagnac环16包括偏振分束器、偏振控制器、光纤，光纤为色散位移光纤或保偏光纤；偏振分束器有a、b、c、d四个端口，a端口为输入端口，c端口为透射出射端口，b、d端口为反射出射端口，第二耦合器15输出的泵浦光经a端口输入到Sagnac环路中，经c、d两个端口分成H和V两个偏振分量，在色散位移光纤或保偏光纤处进行自发四波混频过程，生成新的光子；偏振控制器用于调节Sagnac环路中的泵浦光偏振方向；自发四波混频过程产生的新光子和残余泵浦光从b端口输出；b端口连接第三密集波分复用器17，第三密集波分复用器17将自发四波混频过程产生的频率分别为ω₃、ω₄、ω₅的三种新光子分别过滤出来，频率ω₃的新光子经依次连接的偏振控制器组件18、偏振分析仪19和单光子探测器20探测并计数后输出，频率ω₄的新光子直接输出，频率ω₅的新光子经分束器21输出两路频率ω₅的新光子。

连续激光泵浦光源1用于提供连续稳定的泵浦光输出。