纠缠量子光源的非线性波导及其生成方法

本发明涉及量子，提供一种纠缠量子光源的非线性波导及其生成方法。

背景技术：

1、纠缠量子光源利用非线性光学过程产生纠缠光子对，是光量子信息系统中的重要单元器件。可用于实现纠缠量子光源的非线性光学过程包括二阶自发参量下转换和三阶自发四波混频。其中，三阶自发四波混频过程可以通过激光激励单模硅波导实现光通信波段纠缠光子对产生。采用的泵浦激光波长也在光通信波段，特别适合利用光纤通信成熟的激光光源和光器件技术发展实用化光通信波段纠缠量子光源。近年来，采用周期极化铌酸锂波导(ppln)中的自发参量下转换实现光通信波段纠缠光子对产生的研究取得很大进展。这一技术方案也可采用光通信波段激光激励，利用ppln波导中倍频效应产生700-800nm波段的泵浦光，进而激励ppln波导中自发参量下转换产生光通信波段的纠缠光子对。

2、以上两种光通信波段纠缠量子光源方案均可在芯片集成的非线性光学波导中产生高质量纠缠光子对，但在降低噪声光子产生方面面临共同的技术难题。具体而言，泵浦激光从激光器产生到输入芯片集成的非线性波导的过程中需要光纤传输，在此过程中不可避免的会在传输光纤中激励自发拉曼散射产生噪声光子。这部分光子会随泵浦激光一道输入芯片集成的非线性波导中，严重影响非线性波导产生纠缠光子对的质量。

技术实现思路

1、本发明旨在至少解决相关技术中存在的技术问题之一。为此，本发明提出一种纠缠量子光源的非线性波导，

2、本发明实施例还提供一种纠缠量子光源的非线性波导的生成方法。

3、本发明实施例提供一种纠缠量子光源的非线性波导，包括：

4、波导前端，包括芯片和窄带带通滤波器，所述窄带带通滤波器集成于所述芯片；

5、波导主体，设置于所述芯片且位于所述波导前端的下游，且所述波导主体用于基于经过所述窄带带通滤波器处理过的光源生成纠缠光子对的非线性光学波导。

6、根据本发明实施例提供的纠缠量子光源的非线性波导，通过设置波导前端和波导主体，使得波导前端中的窄带带通滤波器的滤波带宽足够窄，使得窄带带通滤波器的滤波通带与纠缠光子对的输出波长范围不交叠。光通信波段泵浦激光通过石英光纤输入芯片后，首先通过波导前端的窄带带通滤波器滤波，去除泵浦激光在进入芯片之前的传输过程中产生的噪声光子影响。而后泵浦激光输入到非线性光学波导中，波导主体能够通过自发四波混频或自发参量下转换产生纠缠光子对的非线性光学波导。

7、根据本发明的一个实施例，所述窄带带通滤波器包括光栅辅助的反向耦合器滤波器、微环谐振腔滤波器，波导集成法布里-珀罗滤波器、一维光子晶体光学微腔滤波器和二维光子晶体光学微腔滤波器中的至少一种。

8、根据本发明的一个实施例，还包括激光泵，所述激光泵设置于所述波导前端的上游，所述激光泵用于向所述波导前端泵浦激光。

9、根据本发明的一个实施例，所述窄带带通滤波器的滤波通带的中心波长与所述激光泵的激光波长相等，以使滤波通带与纠缠光子对的输出波长范围不交叠。

10、根据本发明的一个实施例，所述波导主体包括单模硅波导、单模氮化硅波导、单模石英波导、周期极化铌酸锂波导和周期极化铌酸锂薄膜波导中的至少一种。

11、本发明实施例还提供一种基于上述的纠缠量子光源的非线性波导的生成方法，包括：

12、通过所述窄带带通滤波器对泵浦激光进行滤波；

13、基于滤波后的泵浦激光，通过所述波导主体生成纠缠光子对的非线性光学波导。

14、根据本发明实施例提供的纠缠量子光源的非线性波导的生成方法，通过基于上述的根据本发明实施例提供的纠缠量子光源的非线性波导实现，能够去除泵浦激光在进入芯片之前的传输过程中产生的噪声光子影响，同时还能够通过波导主体的自发四波混频或自发参量下转换产生纠缠光子对的非线性光学波导。

15、根据本发明的一个实施例，所述通过所述窄带带通滤波器对泵浦激光进行滤波的步骤，包括：

16、所述窄带带通滤波器的滤波通带的中心波长与所述激光泵的激光波长相等，以使滤波通带与纠缠光子对的输出波长范围不交叠。

17、本发明实施例中的上述一个或多个技术方案，至少具有如下技术效果之一：

18、根据本发明实施例提供的纠缠量子光源的非线性波导，通过设置波导前端和波导主体，使得波导前端中的窄带带通滤波器的滤波带宽足够窄，使得窄带带通滤波器的滤波通带与纠缠光子对的输出波长范围不交叠。光通信波段泵浦激光通过石英光纤输入芯片后，首先通过波导前端的窄带带通滤波器滤波，去除泵浦激光在进入芯片之前的传输过程中产生的噪声光子影响。而后泵浦激光输入到非线性光学波导中，波导主体能够通过自发四波混频或自发参量下转换产生纠缠光子对的非线性光学波导。

19、进一步地，根据本发明实施例提供的纠缠量子光源的非线性波导的生成方法，通过基于上述的根据本发明实施例提供的纠缠量子光源的非线性波导实现，能够去除泵浦激光在进入芯片之前的传输过程中产生的噪声光子影响，同时还能够通过波导主体的自发四波混频或自发参量下转换产生纠缠光子对的非线性光学波导。

20、本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

技术特征：

1.一种纠缠量子光源的非线性波导，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的纠缠量子光源的非线性波导，其特征在于，所述窄带带通滤波器(102)包括光栅辅助的反向耦合器滤波器、微环谐振腔滤波器，波导集成法布里-珀罗滤波器、一维光子晶体光学微腔滤波器和二维光子晶体光学微腔滤波器中的至少一种。

3.根据权利要求2所述的纠缠量子光源的非线性波导，其特征在于，还包括激光泵，所述激光泵设置于所述波导前端(100)的上游，所述激光泵用于向所述波导前端(100)泵浦激光。

4.根据权利要求3所述的纠缠量子光源的非线性波导，其特征在于，所述窄带带通滤波器(102)的滤波通带的中心波长与所述激光泵的激光波长相等，以使滤波通带与纠缠光子对的输出波长范围不交叠。

5.根据权利要求1所述的纠缠量子光源的非线性波导，其特征在于，所述波导主体(104)包括单模硅波导、单模氮化硅波导、单模石英波导、周期极化铌酸锂波导和周期极化铌酸锂薄膜波导中的至少一种。

6.一种基于如权利要求1至5中任一项所述的纠缠量子光源的非线性波导的生成方法，其特征在于，包括：

7.根据权利要求6所述的生成方法，其特征在于，所述通过所述窄带带通滤波器(102)对泵浦激光进行滤波的步骤，包括：

8.一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述程序时实现如权利要求6至7中任一项所述的纠缠量子光源的非线性波导的生成方法。

9.一种非暂态计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，该计算机程序被处理器执行时实现如权利要求6至7中任一项所述的纠缠量子光源的非线性波导的生成方法。

10.一种计算机程序产品，包括计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时实现如权利要求6至7中任一项所述的纠缠量子光源的非线性波导的生成方法。

技术总结
本发明涉及量子技术领域，提供一种纠缠量子光源的非线性波导及其生成方法。纠缠量子光源的非线性波导包括波导前端，包括芯片和窄带带通滤波器，窄带带通滤波器集成于芯片；波导主体，设置于芯片且位于波导前端的下游，且波导主体用于基于经过窄带带通滤波器处理过的光源生成纠缠光子对的非线性光学波导。该纠缠量子光源的非线性波导能够使得窄带带通滤波器的滤波通带与纠缠光子对的输出波长范围不交叠；能够去除泵浦激光在进入芯片之前的传输过程中产生的噪声光子影响。而后泵浦激光输入到非线性光学波导中，波导主体能够通过自发四波混频或自发参量下转换产生纠缠光子对的非线性光学波导。

技术研发人员：张巍,金展平,黄翊东,冯雪,刘仿,崔开宇,黄凤彬,李天航,李果,赵晓勇
受保护的技术使用者：清华大学
技术研发日：
技术公布日：2024/4/29