一种纠缠源的高精度温度锁定装置及其锁定方法
【技术领域】
[0001] 本发明设及一种纠缠源的高精度溫度锁定装置及其锁定方法，它属于量子信息和 激光技术领域。
【背景技术】
[0002] 纠缠态作为量子信息科学中重要的资源，被广泛应用到量子离物传态、量子计算 和量子密钥分发等领域。长时间稳定纠缠源的产生是量子信息学科技术实用化的必要前 提。
[0003] 目前实验室中纠缠态的产生技术已经很成熟，各种类型的纠缠源陆续被产生，但 是却鲜有商用纠缠源的相关报道，运是由于周边环境，尤其是溫度的影响使得纠缠态不能 长时间稳定输出，阻止了其实用化，商业化。因此需要一个不依赖于环境变化，更高精度的 溫度锁定装置，来保证纠缠源的长期稳定输出。对于二类光学参量放大器，只有在某个特定 的溫度点下，两个偏振才能同时精确共振。而由于系统的运行状态及周边环境的变化，溫 度点偏离最佳溫度点，使得两偏振光不再精确共振，纠缠态不能长时间稳定输出，纠缠度降 低。实验上一般采用溫度控制仪来进行控溫，但是溫度控制仪只能设定一个溫度点，不能实 时根据腔内情况，跟随最佳溫度点，需要实时的去改变设定溫度点，且溫度点的调节需要手 动调节，反应速率慢，并且目前市面上的溫度控制仪的精度较低，只有0.ore到0.oorc， 不具备易操作性，高精度W及稳定性，制约了量子纠缠源从实验室向商用产品的转化。
【发明内容】
[0004] 本发明的目的是解决现有纠缠源溫度控制仪存在着控制精度低、反应速率慢和不 能长时间稳定输出的技术问题，提供一种长时间稳定、反应速率块和控制精度高的纠缠源 的高精度溫度锁定装置及其锁定方法。 阳〇化]为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：
[0006] 一种纠缠源的高精度溫度锁定装置，包括含二类光学参量放大器1的主光路、PDH 稳频模块2和控溫模块3,其中：它还包括误差信号产生单元4、溫度反馈回路模块5和声光 调制器6,所述误差信号产生单元4与溫度反馈回路模块5连接，将二类光学参量放大器1 因周边环境溫度变化引起腔长变化的误差信号提取出传输给溫度反馈回路模块5 ;所述溫 度反馈回路模块5与声光调制器6连接，溫度反馈回路模块5将误差信号转变为输出控制 电压信号加载到声光调制器6上，用来对绿光进行移频操作及光强调制。
[0007] 所述误差信号产生单元4包括A/4波片42、偏振分束棱镜43、两个直流探测器 44、45和直流加减法器46,A/4波片42设在偏振分束棱镜43的前面，且旋转45°，两个直 流探测器44、45设在偏振分束棱镜43的两个输出端口，第一个直流探测器44的信号输出 端与直流加减法器46负极连接，第二个直流探测器45的信号输出端与直流加减法器46正 极连接。
[0008] 所述溫度反馈回路模块5包括PID控制单元51和压控振荡器52,PID控制单元51 的信号输出端与压控振荡器52的信号输入端连接，压控振荡器52的信号输出端与声光调 制器6的信号输入端连接。
[0009] 一种使用上述的纠缠源的高精度溫度锁定装置的锁定方法，其包括如下步骤：
[0010] (1)通过控溫模块3对光学参量放大器1腔内非线性晶体13进行初步控溫，使得 两下转换光接近共振，接近重合时，采用PDH稳频模块2实现单个偏振光的共振；
[0011] (2)当周边环境溫度变化引起光学参量放大器1腔长变化，导致两偏振光失谐，产 生相位差，主光路中的分束器14将光学参量放大器1腔的反射光导入误差信号产生单元4 的A/4波片42,波片旋转45度，再经过偏振分束棱镜43分成两束光进入两个直流探测器 44、45,然后两个直流探测器44、45再将转换成的电信号导入直流加减法器46做加减法运 算，获得控溫误差信号；
[0012] (3)误差信号进入溫度反馈回路模块5的PID控制单元51和压控振荡器52中，输 出控制电压信号进入声光调制器6,对绿光进行移频操作及光强调制，取绿光一级衍射注入 主光路光学参量放大器1的腔内，对腔内非线性晶体13溫度进行调节和锁定，使得腔内信 号光与闲置光共振，且长时间稳定输出。
[0013]由于本发明采用了上述技术方案，解决现有纠缠源溫度控制仪存在着控制精度 低、反应速率慢和不能长时间稳定输出的技术问题。因此，与【背景技术】相比，本发明具W下 优点：
[0014] 1.本发明基于光热效应，反映速率更快，稳定时间长，精度更高，本发明可达 0.0005 °c，远高于普通控溫仪的0.ore。
[0015] 2.为长时间稳定纠缠源的商业化奠定了基础。
【附图说明】
[0016] 图1是本发明装置的结构示意图；
[0017]图2是本发明装置误差信号产生单元的结构示意图；
[0018] 图3是本发明装置溫度反馈回路模块的结构示意图；
[0019] 图4是本发明纠缠源的高精度溫度锁定误差信号图；
[0020] 图5是本发明纠缠源的高精度溫度锁定结果图。
【具体实施方式】
[0021] 下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细描述。
[0022] 如图1所示，本实施例中的一种纠缠源的高精度溫度锁定装置，包括含二类光学 参量放大器1的主光路、PDH稳频模块2和控溫模块3,其中：它还包括误差信号产生单元 4、溫度反馈回路模块5和声光调制器6,所述误差信号产生单元4与溫度反馈回路模块5连 接，将二类光学参量放大器1因周边环境溫度变化引起腔长变化的误差信号提取出传输给 溫度反馈回路模块5;所述溫度反馈回路模块5与声光调制器6连接，溫度反馈回路模块5 将误差信号转变为输出控制电压信号加载到声光调制器6上，用来对绿光进行移频操作及 光强调制。
[0023] 上述含二类光学参量放大器1的主光路由输入平凹镜（HR@540nm&1080nm) 11、输 出平凹镜灯=6% @1080nm，AR@540nm) 12、非线性晶体13、50/50分束器14、半波片15、红 外光高反镜16、绿光高反镜17、18构成，其中，光学参量放大器OPAI由输入平凹镜11和输 出平凹镜12构成，两平凹腔镜的曲率半径均为R= 30mm，腔中屯、放置非线性晶体13,晶体 为二类KTP;PDH稳频模块2由探测器21、射频源22、红外光相位调制器23、混频器24、放大 器25和压电陶瓷PZT26构成；控溫模块3由溫度控制仪31、溫度控制信号线32和晶体炉 溫度信号线33构成，溫度控制仪31通过溫度控制信号线32和晶体炉溫度信号线33与非 线性晶体13连接，对非线性晶体13进行初步控溫。
[0024]本实施例采用的激光器（LASER)输入波长IOSOnm红外光与540nm绿光，其中红外 光经相位调制器23,再经过半波片15,进入二类光学参量放大器OPAl，作为注入场，其中半 波片15旋转45°，用于调节注入场偏振，使得注入光既有垂直偏振又有水平偏振，且两偏 振光强相等。光学参量放大器OPA1腔中屯、放置非线性晶体13,通过控溫模块3对非线性 晶体13进行初步控溫。绿光分成两束，其中一束经声光调制器6进行调制，另一束作为OPA 1腔的累浦场，通过绿光高反镜17、18从平凹镜12端入射腔内。当累浦场功率运转于阔值 W下时，OPA1腔输出信号经绿光高反镜17给出一部分光信号P，其P光分量被探测器21 探测；射频源22输出正弦信号，分成两路，其中一路加载到相位调制器PM23上，另一路与探 测器21输出的交流信号在混频器24上混频，混频信号经滤波处理W及放大器25放大之后 加载到压电陶瓷PZT