一种量子光源系统及提高量子光源亮度的方法

1.本发明属于量子光源领域，更具体地，涉及一种量子光源系统及提高量子光源亮度的方法。


背景技术：

2.随着基于量子力学非经典特性的量子技术的发展，越来越多的量子技术正逐步成为可以应用的现实。然而，基于光子的量子技术平台仍然存在很多基本的问题与限制，尤其是量子光源的性能需要提高到满足需求的水平。利用集成微腔的结构，可以很好地增强光的能量密度，提高非线性过程的效率，从而降低能耗，实现低功耗、高亮度的量子光源。目前基于非线性过程的量子光源都是利用自发参量下转换或自发四波混频过程产生单光子，再通过后续滤波滤除泵浦光，从而利用单光子进行量子技术的应用，如量子保密通信、量子计算等。由于自发非线性过程非常微弱，所以亟需利用谐振腔的结构，来提升量子光源的性能，并通过设计来提高量子光源的亮度、稳定性。
3.通过环型谐振腔中的自发四波混频过程，为基于非线性过程量子光源实用化跨进了一大步。基于自发四波混频过程的单光子源具有两种工作方式，其一是，将一束弱泵浦光通过总线波导耦合进入谐振腔，在腔内发生自发四波混频过程，产生与泵浦光频率左右对称的信号光和闲频光，并且这样的信号光和闲频光是以成对的单光子的形式发射的；这样成对的单光子在量子技术的应用中可以被用作宣布式的单光子源，其基本原理如图1所示；这样形式的自发四波混频被称为非简并自发四波混频。其二是，通过注入两束频率不相同的泵浦光，在两束光频率的中间频率处，产生简并的信号光子和闲频光子对，这样形式的量子光源基本原理如图2所示；这样形式的自发四波混频过程被称为简并自发四波混频。
4.在单一的微腔结构中，两种自发四波混频过程的相位匹配条件都是根据谐振腔的谐振峰自满足的。但是，因为无法单独调控每个谐振峰的宽度和场增强，无法达到量子光源的最佳性能。
5.量子光子对的产生受到多种因素的影响。利用波导结构自发四波混频也可以产生量子光子对，波导的优点是结构设计简单。但是该方法泵浦光的利用效率很低，并且相位匹配条件需要使用后续滤波器来控制，得到的光源亮度和效率都很低。利用环形谐振腔是一种常用的方法，但微环谐振腔不具有一般的，能对独立的谐振峰进行调控的特性。一般地，使用高品质因子的谐振腔可以大幅度增强量子光的产生效率，但是，高品质因子的谐振腔的谐振峰很窄，很难将泵浦光耦合进去，同时，这一类的谐振腔受到热效应的影响也很严重。


技术实现要素：

6.针对现有技术的缺陷，本发明的目的在于提供一种量子光源系统及提高量子光源亮度的方法，旨在解决现有的量子光源产生过程效率低且得到的量子光源亮度低的问题。
7.为实现上述目的，第一方面，本发明提供了一种量子光源系统，包括：第一微环谐
振腔、第二微环谐振腔、第一波导以及第二波导；
8.所述第一波导与第一微环谐振腔耦合，第一微环谐振腔与第二微环谐振腔耦合，第二微环谐振腔与第二波导耦合；向所述第一波导输入泵浦光，所述泵浦光耦合进入第一微环谐振腔，在第一微环谐振腔和第二微环谐振腔内谐振并自发产生信号光光子和闲频光光子，从第二波导输出，以作为量子光源；
9.所述第一微环谐振腔的半径为第二微环谐振腔的半径的n倍，以使第一微环谐振腔的谐振峰和第二微环谐振腔的谐振峰不完全重叠分布，n为整数且n大于1；
10.设所述第一微环谐振腔本征损耗和第一波导引入的耦合损耗之和为第一损耗，所述第二微环谐振腔本征损耗和第二波导引入的耦合损耗之和为第二损耗，控制第一微环谐振腔和第二微环谐振腔之间的距离以控制两个微环谐振腔之间的耦合强度，使所述耦合强度大于第一损耗和第二损耗之间差值的四分之一，以控制所述第一微环谐振腔和第二微环谐振腔重叠的谐振峰处产生模式劈裂，以将重叠的谐振峰展宽，使得所述不完全重叠的谐振峰呈窄宽窄的趋势分布；其中，窄谐振峰为第一微环谐振腔谐振峰中未与第二微环谐振腔谐振重叠的谐振峰；随着所述重叠的谐振峰被展宽，具有更高重复频率的脉冲光能够作为泵浦光输入到第一波导，以使得所产生的信号光光子和闲频光光子的数量增加，获取的量子光源的亮度相对增加。
11.在一个可选的示例中，所述第一微环谐振腔与第一波导的耦合系数为第一耦合系数；第一微环谐振腔与第二微环谐振腔的耦合系数为第二耦合系数；第二微环谐振腔与第二波导耦合的耦合系数为第三耦合系数；所述第一耦合系数小于第二耦合系数和第三耦合系数，第三耦合系数大于第二耦合系数。
12.在一个可选的示例中，所述重叠的谐振峰产生模式劈裂，具体指：重叠的两个谐振峰处发生劈裂，但并未完全分开，形成一个具有一定宽度的谐振峰，模式劈裂后的谐振峰的宽度相比未发生劈裂谐振峰的宽度增加。
13.在一个可选的示例中，所述信号光和闲频光的波长关于泵浦光的波长对称；
14.所述泵浦光的波长为展宽后的谐振峰对应的波长；信号光与闲频光的波长为窄谐振峰对应的波长；
15.所述泵浦光在第一微环谐振腔和第二微环谐振腔内产生谐振；信号光波长和闲频光波长在第一微环谐振腔内能产生谐振，在第二微环谐振腔内不能产生谐振。
16.在一个可选的示例中，所述第一波导与第一微环谐振腔处于临界耦合状态，使得向所述第一波导输入泵浦光后，所述泵浦光完全耦合进入第一微环谐振腔；
17.所述第一波导与第一微环谐振腔处于临界耦合状态，具体为：通过调节所述第一波导与第一微环谐振腔的距离调节第一耦合系数，使得所述第一波导引入的耦合损耗等于第二波导引入的耦合损耗、第一微环谐振腔本征损耗以及第二微环谐振腔本征损耗三者之和。
18.第二方面，本发明提供了一种提高量子光源亮度的方法，包括如下步骤：
19.向所述第一波导输入泵浦光，所述泵浦光耦合进入第一微环谐振腔，在第一微环谐振腔和第二微环谐振腔内谐振并自发产生信号光光子和闲频光光子，从第二波导输出，以作为量子光源；所述第一波导与第一微环谐振腔耦合，第一微环谐振腔与第二微环谐振腔耦合，第二微环谐振腔与第二波导耦合；
20.控制所述第一微环谐振腔的半径为第二微环谐振腔的半径的n倍，以使第一微环谐振腔的谐振峰和第二微环谐振腔的谐振峰不完全重叠分布，n为整数且n大于1；
21.控制第一微环谐振腔和第二微环谐振腔之间的距离以控制两个微环谐振腔之间的耦合强度，使所述耦合强度大于第一损耗和第二损耗之间差值的四分之一，以控制所述第一微环谐振腔和第二微环谐振腔重叠的谐振峰处产生模式劈裂，以将重叠的谐振峰展宽，使得所述不完全重叠的谐振峰呈窄宽窄的趋势分布；其中，窄谐振峰为第一微环谐振腔谐振峰中未与第二微环谐振腔谐振重叠的谐振峰；设所述第一微环谐振腔本征损耗和第一波导引入的耦合损耗之和为第一损耗，所述第二微环谐振腔本征损耗和第二波导引入的耦合损耗之和为第二损耗；
22.将具有更高重复频率的脉冲光能够作为泵浦光输入到第一波导，以使得所产生的信号光光子和闲频光光子的数量增加，提高获取的量子光源的亮度。
23.在一个可选的示例中，所述第一微环谐振腔与第一波导的耦合系数为第一耦合系数；第一微环谐振腔与第二微环谐振腔的耦合系数为第二耦合系数；第二微环谐振腔与第二波导耦合的耦合系数为第三耦合系数；所述第一耦合系数小于第二耦合系数和第三耦合系数，第三耦合系数大于第二耦合系数。
24.在一个可选的示例中，所述重叠的谐振峰产生模式劈裂，具体指：重叠的两个谐振峰处发生劈裂，但并未完全分开，形成一个具有一定宽度的谐振峰，模式劈裂后的谐振峰的宽度相比未发生劈裂谐振峰的宽度增加。
25.在一个可选的示例中，所述信号光和闲频光的波长关于泵浦光的波长对称；
26.所述泵浦光的波长为展宽后的谐振峰对应的波长；信号光与闲频光的波长为窄谐振峰对应的波长；
27.所述泵浦光在第一微环谐振腔和第二微环谐振腔内产生谐振；信号光波长和闲频光波长在第一微环谐振腔内能产生谐振，在第二微环谐振腔内不能产生谐振。
28.在一个可选的示例中，控制所述第一波导与第一微环谐振腔处于临界耦合状态，使得向所述第一波导输入泵浦光后，所述泵浦光完全耦合进入第一微环谐振腔；
29.所述第一波导与第一微环谐振腔处于临界耦合状态，具体为：通过调节所述第一波导与第一微环谐振腔的距离调节第一耦合系数，使得所述第一波导引入的耦合损耗等于第二波导引入的耦合损耗、第一微环谐振腔本征损耗以及第二微环谐振腔本征损耗三者之和。
30.总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，具有以下有益效果：
31.本发明提供一种量子光源系统及提高量子光源亮度的方法，输入泵浦光波长在第一与第二微环谐振腔能产生谐振，并且由于两个微环谐振腔谐振峰的耦合，谐振峰宽度有所增加，从而允许更高重复频率的脉冲光进入微环谐振腔谐振。此时，由于微环谐振腔的场增强效应，宽带的脉冲光能够谐振并自发产生信号光与闲频光，提高了量子光源的亮度。因为每个脉冲光自发产生光子对的概率通常小于0.1，所以系统在单位时间内允许更多的脉冲进入微环谐振腔进行谐振，因此可以提高光源的亮度，实现高亮度的量子光源。
32.本发明提供一种量子光源系统及提高量子光源亮度的方法，通过两个微环谐振腔耦合的结构为基础，微环谐振腔结构较小，(一般半径在200um以内)，相比高非线性光纤结
构(一般长度在百米级以上)，可以在芯片上更好地集成化。
33.本发明提供一种量子光源系统及提高量子光源亮度的方法，提供的第一微环谐振腔与第二微环谐振腔为三阶非线性材料，这种材料损耗相对比较低，可以降低功耗。
34.本发明提供一种量子光源系统及提高量子光源亮度的方法，提供的第一微环谐振腔与所述第二微环谐振腔耦合波长处的谐振峰产生模式劈裂的方法为：使所述第一微环谐振腔和所述第二微环谐振腔之间的耦合强度值大于第一损耗和第二损耗之间差值的四分之一；上述耦合强度值的设置为谐振峰刚开始劈裂的位置，但是谐振峰并没有完全劈裂的状态；当两个谐振峰处于上述状态之间能更好实现量子光子的产生并用于实际。
附图说明
35.图1是现有技术提供的非简并自发四波混频原理的示意图；
36.图2是现有技术提供的简并自发四波混频原理的原理图；
37.图3是本发明实施例提供的两个微环谐振腔两个波导耦合的结构示意图；
38.图4是本发明实施例提供的第一微环谐振腔内对泵浦光，信号光和闲频光的能量谐振增强谱；
39.图5是本发明实施例提供的提高量子光源亮度方法的流程图。
具体实施方式
40.为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
41.本发明提供了一种实现高亮度量子光源的系统及方法，属于非线性量子光源领域，系统包括；第一微环谐振腔、第二微环谐振腔、第一波导和第二波导；第一微环谐振腔与所述第一波导处于临界耦合状态；第一微环谐振腔的半径为第二微环谐振腔半径的整数倍；第一微环谐振腔用于泵浦光的谐振，在自发四波混频作用下，信号光和闲频光波长处自发生成光子对；生成的信号光子和闲频光子在第一微环谐振腔的谐振峰对应的波长处产生，且不是第二微环谐振腔的谐振峰对应的波长；泵浦光的波长为第一微环谐振腔与第二微环谐振腔耦合的谐振峰对应的波长。本发明保证泵浦光能以更高脉冲重复频率进入微环谐振腔，提高量子光源产生光子对的速率，同时保证了信号光子与闲频光子谐振峰的高场增强因子，提升量子光子对的产生效率。
42.针对现有技术的缺陷，本发明的目的在于提供一种高亮度量子光源的系统及方法，旨在解决现有的量子光源方法低亮度和效率的问题。
43.为实现上述目的，本发明提供了一种高亮度量子光源系统，包括：第一微环谐振腔、第二微环谐振腔、第一波导和第二波导；
44.第一微环谐振腔与第一波导处于临界耦合状态，耦合系数为第一耦合系数；第一微环谐振腔与第二微环谐振腔耦合，耦合系数为第二耦合系数，耦合波长处的谐振峰对应的模式部分劈裂；第二微环谐振腔与第二波导耦合，耦合系数为第三耦合系数，耦合获取的输出带宽比传输信号的带宽大；第三耦合系数略大于第二耦合系数；第一微环谐振腔的半径为第二微环谐振腔的半径的整数倍；
45.第一波导用于输入泵浦光；第二波导用于输出信号光和闲频光并调节第三耦合系数的大小；第一微环谐振腔和第二微环谐振腔用于泵浦光的谐振，在自发四波混频作用下，信号光和闲频光自发地产生；第二波导用于输出信号光和闲频光；
46.其中，信号光和闲频光的波长关于泵浦光的波长对称；泵浦光的波长为第一微环谐振腔的谐振峰和第二微与谐振腔耦合的谐振峰对应的波长；信号光与闲频光的波长为第一微环谐振腔的谐振峰对应的波长，且不是第二微环谐振腔耦合的谐振峰对应的波长。
47.优选地，第一微环谐振腔和第二微环谐振腔的材料为三阶非线性材料。
48.优选地，第一微环谐振腔和第二微环谐振腔之间的耦合强度值大于第一损耗和第二损耗之间差值的四分之一是实现第一微环谐振腔与第二微环谐振腔耦合波长处的谐振峰产生模式劈裂的条件；
49.其中，第一损耗为第一微环谐振腔本征损耗和第一波导引入的耦合损耗的总损耗；
50.第二损耗为第二微环谐振腔本征损耗和第二波导引入的耦合损耗的总损耗。
51.优选地，第一微环谐振腔与第一波导处于临界耦合状态的获取方法为：
52.通过调节第一波导与第一微环谐振腔的距离调节第一耦合系数，使得第一波导引入的耦合损耗与其他剩余损耗相等。
53.另一方面，本发明基于上述提供的高亮度量子光源系统，提供了相应的基于脉冲光泵浦的量子光子产生方法，包括以下步骤：
54.将泵浦光输入至第一微环谐振腔中进行谐振增强，提高第一微环谐振腔内的功率；
55.信号光与闲频光在自发四波混频的作用下，基于自发四波混频的相位匹配条件，自发地在第一微环谐振腔内产生信号光子和闲频光子；
56.信号光和闲频光经过第二微环谐振腔，并且不在第二微环谐振腔谐振，由第二波导输出；
57.其中，所述第一微环谐振腔与第一波导处于临界耦合状态，所述第一微环谐振腔与所述第二微环谐振腔耦合波长处的谐振峰对应的模式部分劈裂；所述第三耦合系数略大于第二耦合系数；所述第一微环谐振腔的半径为所述第二微环谐振腔半径的整数倍；
58.信号光和闲频光的波长关于泵浦光的波长对称；泵浦光的波长为第一微环谐振腔的谐振峰和第二微与谐振腔耦合的谐振峰对应的波长；信号光与闲频光的波长为第一微环谐振腔的谐振峰对应的波长，且不是第二微环谐振腔耦合的谐振峰对应的波长。
59.本发明先采用两个不同的微环谐振腔互相耦合，再采用两个波导对两谐振腔分别耦合；利用微环谐振腔的互相耦合以及不同波导对各微环谐振腔的耦合带来的效果，使得系统可以注入更高重复频率的泵浦光，获得更好的量子光子产生效果。可以实现可控制的量子光源亮度，支持更多可能性的泵浦源，降低得到相同亮度所需要的泵浦功率，更加实用在集成光量子应用的场景，使得整个系统具有更高的性价比，更小的尺寸和更大的使用范围。
60.本发明提供的高亮度量子光源系统具备如下特点：(1)第一微环谐振腔与第二微环谐振腔的尺寸不同，第一微环谐振腔周长可以设置为第二微环谐振腔周长的整数倍；与此同时两个微环谐振腔的损耗越低越好；(2)第二波导与第二微环谐振腔间耦合时要保证
泵浦光带宽比信号光与闲频光带宽大，确保大带宽的泵浦光能够耦合进入微环系统；(3)第一微环谐振腔与第二微环谐振腔之间的耦合要能保证两环耦合处的谐振峰产生轻微的模式劈裂；为达到该效果，需要使第一微环谐振腔与第二微环谐振腔之间的耦合强度值略大于第二微环谐振腔的本征损耗、第二波导带来的耦合损耗、第一微环谐振腔的本征损耗和第一波导带来的耦合损耗之和的四分之一；例如，可将第一微环谐振腔与第二微环谐振腔之间的耦合强度值取为第一损耗和第二损耗之间差值四分之一的1.1倍。(4)第一波导与第一谐振腔间耦合要保证达到临界耦合；通过调控第一波导和第一谐振腔的耦合强度，使第一波导带来的耦合损耗和系统其他整体损耗大致相等，此时能达到临界耦合，使在第一波导输入光在其输出口基本消光。
61.作为本发明的一个实施例，第一耦合系数小于第二耦合系数和第三耦合系数，第三耦合系数大于第二耦合系数；其中，第一耦合系数是指第一波导与第一微环谐振腔之间的耦合系数，第二耦合系数是指第一微环谐振腔与第二微环谐振腔之间的耦合系数，第三耦合系数是指第二波导与第二微环谐振腔之间的耦合系数。
62.本发明提供的高亮度量子光源系统可以根据如下方法制备：
63.(1)确定泵浦光谐振峰的带宽，比如可以将带宽设定为12ghz；
64.(2)确定耦合系数，比如可以将耦合系数设定为：第一耦合系数为0.1341，第二耦合系数为0.27，第三耦合系数为0.58；
65.(3)将两个尺寸不同的第一微环谐振腔与第二微环谐振腔分别与第一波导、第二波导耦合，由此构成双谐振腔双波导结构。
66.按照上述方法提供的高亮度量子光源系统，从第一微环谐振腔耦合的第一波导一侧输入一束能在第一谐振腔和第二谐振腔内谐振的泵浦光，所产生的信号光的波长与闲频光的波长为不与第二微环谐振腔耦合的第一微环谐振腔的谐振峰对应的波长，且关于泵浦波长对称；由于第一波导与第一微环谐振腔之间达到了临界耦合，使得泵浦光全部耦合至第一微环谐振腔内，在第一谐振腔内得到极大的谐振增强，使得第一微环谐振腔内功率水平很高，导致自发四波混频效率很高；在第二微环谐振腔内，虽然泵浦光也存在谐振，但是关于其对称的信号光频率处于闲频光频率处不存在谐振峰，所以自发四波混频过程在第二谐振腔内基本不会发生；由于产生的信号光和闲频光在第二微环谐振腔内不谐振，同时由于第三耦合系数比较大，信号光和闲频光会因此从第二波导输出。
67.根据自发四波混频的相位匹配条件，在上述泵浦光的设置方式下，信号光会在信号光波长处产生，闲频光会在闲频光波长处产生，且信号光波长和闲频光波长关于泵浦光波长对称；同时因为在上述泵浦光的设置方式，泵浦光的谐振峰因为两个微环谐振腔的耦合而展宽，从而允许更大带宽的泵浦光作为泵浦输入系统；由于自发四波混频过程的发生概率很低，通常低于每脉冲0.1的概率，所以因为所述过程产生的信号光子和闲频光子的带宽小于泵浦带宽，同时由于系统的信号波长处谐振峰和闲频波长处谐振峰的带宽小于泵浦波长处的谐振峰，说明系统的设计匹配，符合物理过程。
68.本发明提供的高亮度量子光源可以实现更好性能的量子光子对产生效果，而且设计起来非常方便。
69.为了更进一步说明本发明提供的高亮度量子光源系统的优势，现将其与现有技术进行比较分析：
70.(1)与高非线性光纤系统相比，本发明提供的高亮度量子光源系统包含双谐振腔双波导结构，由于微环谐振腔的谐振增强作用，比高非线性的增强大了很多倍，所需的材料长度大大降低，使得该结构更适合集成化和小型化。
71.(2)与波导结构相比，本发明提供的高亮度量子光源利用微环谐振腔的谐振增强作用，可以显著的降低功耗，增大峰值增益，提高产生光子对的速率和光源性能。
72.(3)本发明可以解决增益与带宽的矛盾，可以同时得到大带宽的泵浦光注入和高的自发四波混频效率，更适用于实际量子技术的应用场景。
73.如图3所示，使用两个损耗系数很低且半径不一的两个微环谐振腔相互耦合。根据微环谐振条件，当入射光波长满足时，输入光会在微环谐振器内发生谐振。其中，m为谐振阶数；n
eff
为材料的有效折射率；l为微环谐振腔的长度；图3中两微环谐振腔的周长分别为l1，l2；通过对材料的选择和微环半径的选择，使得两微环谐振腔之间具有一个对准的谐振峰，因此要求第一微环谐振腔的周长为第二微环谐振腔的整数倍，对准的谐振峰对应的波长可以同时在双环内达到谐振状态。
74.一般可选用两材料相同，半径不同的微环谐振腔。如使用n
eff
＝1.9的材料，l1＝1600um，l2＝800um的两环，在1550.8nm处均为两微环谐振腔的谐振波长。由于两个微环谐振腔的半径不同，自由光谱范围(fsr)存在一些没有对准的谐振峰，在这些波长处两个微环谐振腔没有耦合，互相影响极小，如图4左边和右边的两个谐振峰所示。同时由于两个环的周长存在着倍数关系，所以每隔一定的周期，两环的谐振峰会重合，此时两个微环谐振腔处于耦合状态，由于耦合作用使得对准处的谐振峰有很大的带宽，如图4中间的谐振峰所示。
75.利用双谐振腔双波导结构实现自发四波混频产生量子光子，原理如图1和图2所示。利用非简并自发四波混频(sfwm)，如图1一束中心频率为ω
p
的泵浦光自发地将能量传输给频率为ωs的信号光和频率为ωi的闲频光，信号光和闲频光的频率位于泵浦光的两侧并且关于泵浦光对称。三束光的频率满足2ω
p
＝ωs+ωi。利用简并自发四波混频，如图2两束频率分别为ω
p1
和ω
p2
的泵浦光自发地将能量传输给频率为ωs的信号光和频率为ωi的闲频光。由于信号光和闲频光此时的频率相同，满足条件ωs＝ωi，所以称为简并自发四波混频。并且，信号光和闲频光的频率和等于两束频谱光的频率和，同时位于两束泵浦光频率的中间。满足条件ωs+ωs＝ω
p1
+ω
p2
。
76.在本发明中，通过波导和微环谐振腔进行侧面耦合，具体如下：第一微环谐振腔耦合的第一波导输入泵浦光，其波长对应于图4中中间的谐振峰，调节第一波导与第一微环谐振腔的耦合，使其处于临界耦合状态，此时泵浦光在第一微环谐振腔内得到极大的谐振增强，同时也分布在第二谐振腔内；在第一微环谐振腔内，满足相位匹配条件的谐振峰处，如图4两边的谐振峰，会自发地产生信号光和闲频光子对，此处应注意，只要满足信号光波长和闲频光波长对应于未耦合的谐振峰波长，并且关于泵浦光频率对称即可，可以间隔多个第一微环谐振腔的fsr。
77.第一波导与第一微环谐振腔的耦合系数为k1，传输系数为r1，第一微环谐振腔与第二微环谐振腔之间的耦合系数为k2，传输系数为r2，第二微环谐振腔与第二波导之间的耦合系数为k3，传输系数为r3。第一微环谐振腔的环程透过系数为a1，第二谐振腔的环程透过系数为a2，微环谐振腔的环程透过系数决定了自身的损耗a＝exp(-βl/2)大小，其中，β为微环
谐振腔中的光场传输损耗系数，包括弯曲损耗和散射损耗等等。微环谐振腔的环程透过系数a与微环谐振腔的腔长和光场传输损耗系数β有关。
78.在量子光源中，通过脉冲光泵浦的自发四波混频过程中产生信号光与闲频光的光子对n
s/i
计算公式为其中，p为泵浦光功率；γ为材料非线性系数；l
eff
为微环有效长度；f(ω)泵浦光的光场增强因子，ω
p
为泵浦光频率，δω为泵浦光的带宽，也就是泵浦光对应谐振峰的带宽。
79.对单微环系统，有f
p
为场增强因子，即微环内部光场与输入波导光场的比值。所以系统对泵浦光、信号光和闲频光增益一致，且有限。
80.对双微环系统，有通过调节参数可以使此时泵浦光处于临界耦合状态，拥有高增益，并且泵浦谐振峰的带宽展宽，允许更高重复频率的泵浦脉冲进入微环谐振腔系统。上述的一组具体参数值由下表1给出；
81.表1
[0082][0083][0084]
本发明实施例中通过构建双谐振腔双波导耦合结构，实现了利用微环谐振腔用作量子光源，并在允许更高重复频率的泵浦光进入微环系统，从而提升量子光子对的产生速率。
[0085]
输入泵浦光波长在第一微环谐振腔和第二微环谐振腔内能产生谐振；输出的信号光波长和闲频光波长在第一微环谐振腔内能谐振，但不在第二微环谐振腔内能谐振。此时，由于两波导与两微环谐振腔的耦合系数不同，泵浦光谐振峰较宽，允许更高重复频率的泵浦光耦合进入微环谐振腔系统；同时，信号光和闲频光对应的谐振峰具有很大的场增强因子，保证了量子光子对产生的效率，提高了量子光源的亮度。
[0086]
图5是本发明实施例提供的提高量子光源亮度方法的流程图，如图5所示，包括如
下步骤：
[0087]
s101，向所述第一波导输入泵浦光，所述泵浦光耦合进入第一微环谐振腔，在第一微环谐振腔和第二微环谐振腔内谐振并自发产生信号光光子和闲频光光子，从第二波导输出，以作为量子光源；所述第一波导与第一微环谐振腔耦合，第一微环谐振腔与第二微环谐振腔耦合，第二微环谐振腔与第二波导耦合；
[0088]
s102，控制所述第一微环谐振腔的半径为第二微环谐振腔的半径的n倍，以使第一微环谐振腔的谐振峰和第二微环谐振腔的谐振峰不完全重叠分布，n为整数且n大于1；
[0089]
s103，控制第一微环谐振腔和第二微环谐振腔之间的距离以控制两个微环谐振腔之间的耦合强度，使所述耦合强度大于第一损耗和第二损耗之间差值的四分之一，以控制所述第一微环谐振腔和第二微环谐振腔重叠的谐振峰处产生模式劈裂，以将重叠的谐振峰展宽，使得所述不完全重叠的谐振峰呈窄宽窄的趋势分布；其中，窄谐振峰为第一微环谐振腔谐振峰中未与第二微环谐振腔谐振重叠的谐振峰；设所述第一微环谐振腔本征损耗和第一波导引入的耦合损耗之和为第一损耗，所述第二微环谐振腔本征损耗和第二波导引入的耦合损耗之和为第二损耗；
[0090]
s104，将具有更高重复频率的脉冲光能够作为泵浦光输入到第一波导，以使得所产生的信号光光子和闲频光光子的数量增加，提高获取的量子光源的亮度。
[0091]
具体地，上述方法的详细实现流程可参见前述系统实施例的介绍，在此不做赘述。
[0092]
本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。