一种基于全光纤化飞秒激光器的单光子源的制作方法

本实用新型属于量子信息处理技术领域，特别是涉及一种基于全光纤化飞秒激光器的单光子源。

背景技术：

单光子源为只发射一个光子的光源。利用单光子源可以制备多光子纠缠态，多光子纠缠态是量子计算和量子通信中必不可少的基本资源；另外，单光子源在量子密码术和线性光学量子计算等量子信息领域也有广泛应用。单光子源的产生可以通过激发单个发射粒子产生，比如激发量子点、囚禁在高精细度腔内的单原子、隔离的分子、钻石中孤立空缺等。由于这种技术要求温度极低，因此没有实际意义。单光子源也可通过参量过程的关联光子对产生，称为宣布式单光子源。这类参量过程主要包括基于非线性晶体自发参量下转换过程和基于光纤三阶非线性效应的自发四波混频过程。利用基于光纤三阶非线性效应的自发四波混频过程制备单光子源可以实现单光子源全光纤化，使得单光子源结构简单，稳定性高。但目前尚缺少这样的装置。

技术实现要素：

为了解决上述问题，本实用新型的目的在于提供一种基于全光纤化飞秒激光器的单光子源。

为了达到上述目的，本实用新型提供的基于全光纤化飞秒激光器的单光子源包括：飞秒激光种子源、光纤放大器、泵浦源、合束器、增益光纤、分束器、第一光环行器、第一窄带光纤光栅、第二光环行器、第二窄带光纤光栅、光电探测器、闲置光通道和信号光通道；其中：

飞秒激光种子源通过光纤放大器与合束器连接，泵浦源与合束器连接，合束器通过增益光纤与分束器连接，分束器分别与第一光环行器和第二光环行器相连接，第一窄带光纤光栅与第一光环行器连接，第二窄带光纤光栅与第二光环行器连接，第一光环行器通过光电探测器与闲置光通道连接，第二光环行器与信号光通道连接。

所述的飞秒激光种子源为重复频率为5-10GHz的飞秒光纤激光器，中心波长为1030nm-1064nm。

所述的泵浦源、合束器和增益光纤组成双包层放大器；其中泵浦源为976nm泵浦源，功率为50-100W；增益光纤为芯径20-30μm的双包层高掺杂掺铒磷酸盐增益光纤，长度为1-2m。

所述的光纤放大器的功率放大倍数为50倍。

所述的第一光环行器和第一窄带光纤光栅组成全光纤化滤波装置，第二光环行器和第二窄带光纤光栅组成全光纤化滤波装置，第一窄带光纤光栅和第二窄带光纤光栅的带宽为0.5-1nm。

本实用新型提供的基于全光纤化飞秒激光器的单光子源的优点在于：使用高掺杂掺铒磷酸盐光纤获得GHz级高重频飞秒激光，然后在双包层放大器中进行放大，通过非线性效应获得高强度纠缠光子对，并采用全光纤化滤波装置分离光子对，由此获得高信噪比单光子源。整个装置的结构简单，尺寸紧凑，性能稳定性好。

附图说明

图1为本实用新型提供的基于全光纤化飞秒激光器的单光子源结构示意图。

图中：

1.飞秒激光种子源 2.光纤放大器

3.泵浦源 4.合束器

5.增益光纤 6.分束器

7.第一光环行器 8.第一窄带光纤光栅

9.第二光环行器 10.第二窄带光纤光栅

11.光电探测器 12.闲置光通道

13.信号光通道

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本实用新型提供的基于全光纤化飞秒激光器的单光子源进行详细说明。

如图1所示，本实用新型提供的基于全光纤化飞秒激光器的单光子源包括：

飞秒激光种子源1、光纤放大器2、泵浦源3、合束器4、增益光纤5、分束器6、第一光环行器7、第一窄带光纤光栅8、第二光环行器9、第二窄带光纤光栅10、光电探测器11、闲置光通道12和信号光通道13；其中：

飞秒激光种子源1通过光纤放大器2与合束器4连接，泵浦源3与合束器4连接，合束器4通过增益光纤5与分束器6连接，分束器6分别与第一光环行器7和第二光环行器9相连接，第一窄带光纤光栅8与第一光环行器7连接，第二窄带光纤光栅10与第二光环行器9连接，第一光环行器7通过光电探测器11与闲置光通道12连接，第二光环行器9与信号光通道13连接。

所述的飞秒激光种子源1为重复频率为5-10GHz的飞秒光纤激光器，中心波长为1030nm-1064nm。

所述的泵浦源3、合束器4和增益光纤5组成双包层放大器；其中泵浦源3为976nm泵浦源，功率为50-100W；增益光纤5为芯径20-30μm的双包层高掺杂掺铒磷酸盐增益光纤，长度为1-2m。

所述的光纤放大器2的功率放大倍数为50倍。

所述的第一光环行器7和第一窄带光纤光栅8组成全光纤化滤波装置，第二光环行器9和第二窄带光纤光栅10组成全光纤化滤波装置，第一窄带光纤光栅8和第二窄带光纤光栅10的带宽为0.5-1nm。

现将本实用新型提供的基于全光纤化飞秒激光器的单光子源的工作原理阐述如下：

飞秒激光种子源1所发出的重复频率为5-10GHz的飞秒激光首先经过光纤放大器2进行50倍功率预放大，然后注入双包层放大器中，预放大后的飞秒激光在由双包层放大器放大过程中受非线性效应影响将产生高强度纠缠光子对，当飞秒激光的中心波长为1063nm时，纠缠光子对的波长分别为闲置光835nm和信号光1443nm。随后含有三种波长的激光束经分束器6分为两束，分开的两束激光分别经过第一光环行器7、第一窄带光纤光栅8和第二光环行器9、第二窄带光纤光栅10进行滤波。第一光环行器7和第一窄带光纤光栅8的相应波长为闲置光835nm，可以滤掉1063nm的飞秒激光和1443nm的信号光，只保留835nm波长的闲置光；第二光环行器9和第二窄带光纤光栅10的作用是只保留1443nm的信号光。至此，将信号光和闲置光选出。纠缠光子对中的835nm闲置光和1443nm信号光是同时成对产生的，当探测到一个835nm闲置光脉冲时，即可预示一个1443nm信号光的产生。因此，分离出的835nm闲置光经过光电探测器11探测后从闲置光通道12输出，以预示信号光的存在。分离出的信号光经过信号光通道13输出。