基于微带线波导的光子态与微波量子态的转换器及系统的制作方法

本发明涉及光学器械领域，具体而言，涉及一种调控电容型光子态微波量子态转换器及系统。

背景技术：

近年来随着量子信息技术的飞速发展，各种基于量子效应的应用不断涌现，将光子转化为量子是目前最新的研究课题之一，其中，光子是电磁辐射的载体，而在量子场论中光子被认为是电磁相互作用的媒介子，微波量子是微波的最小单元。

现有技术中，将光子转化为微波量子的方法主要使用转换器包括两个电磁谐振器，一个光频率，一个微波频率，共享一个机械谐振器，机械谐振器有一薄膜组成，能自由震动；光频谐振器包括一个法布里-波罗腔，膜振动并调制光腔谐振频率，膜部分导电并组成微波谐振器的电感电路中电容的一部分，因为薄膜自由振动，所以可以调制微波电路的电容，进而调制谐振频率。

但是，上述转换器结构复杂，稳定性低。

技术实现要素：

本发明的目的在于，针对上述现有技术中的不足，提供一种调控电容型光子态微波量子态转换器及系统，以解决现有技术中的转换器结构复杂，稳定性低的问题。

为实现上述目的，本发明实施例采用的技术方案如下：

第一方面，本发明实施例提供了一种基于微带线波导的光子态与微波量子态的转换器，转换器包括：支撑层、光波导、微带线、柔性薄膜和金属基层；

微带线穿过支撑层，且金属基层与微带线平行设置，微带线靠近金属基层一面上设置有至少一个柔性薄膜，柔性薄膜与金属基层和微带线均垂直，光波导设置在柔性薄膜的一侧，且光波导分别与微带线和金属基层平行，其中，柔性薄膜用于传导电流。

可选地，该柔性薄膜的材料包括：金、银、硅、石墨烯和硫化钼中任意一种。

可选地，该光波导包括：平面光波导和光纤中至少一种。

可选地，该支撑层的材料为绝缘材料。

可选地，该转换器还包括金属颗粒层，金属颗粒层设置在柔性薄膜靠近光波导的一侧。

可选地，该金属颗粒层设置在柔性薄膜靠近金属基层的一端。

可选地，该金属颗粒层的材料包括：金、银和钼中至少一种。

第二方面，发明实施例提供了另一种基于微带线波导的光子态与微波量子态的转换系统，转换系统包括：光源和第一方面任意一项的转换器，光源设置在转换器中的光波导远离柔性薄膜的一端。

可选地，该光源为激光光源。

本发明的有益效果是：

本申请通过在相互平行的微带线和金属基层之间设置一个与微带线垂直的柔性薄膜，该柔性薄膜的一侧设置有光波导，该光波导将发射出的光子击打在该柔性薄膜上，使得该柔性薄膜发生振动，由于该柔性薄膜可以传导电流，则当该柔性薄膜发生振动的时候，该微带线用于传输微波，并且该微带线和该金属基层之间形成的等效电容的耦合情况被改变，从而使得该微带线中产生一个微波量子，进而实现了将光子转化为微波量子的过程，由于该转换器结构简单，所以将光子转化为微波量子的稳定性较高。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1为本发明一实施例提供的一种基于微带线波导的光子态与微波量子态的转换器的主视图；

图2为本发明一实施例提供的一种基于微带线波导的光子态与微波量子态的转换器的俯视图；

图3为本发明一实施例提供的另一种基于微带线波导的光子态与微波量子态的转换器的结构示意图；

图4为本发明一实施例提供的另一种基于微带线波导的光子态与微波量子态的转换器的结构示意图；

图5为本发明一实施例提供的另一种基于微带线波导的光子态与微波量子态的转换器的结构示意图。

图标：10-支撑层；20-微带线；30-金属基层；40-柔性薄膜；50-光波导；60-金属颗粒层。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

此外，术语“水平”、“竖直”等术语并不表示要求部件绝对水平或悬垂，而是可以稍微倾斜。如“水平”仅仅是指其方向相对“竖直”而言更加水平，并不是表示该结构一定要完全水平，而是可以稍微倾斜。

在本发明的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

图1为本发明一实施例提供的一种基于微带线波导的光子态与微波量子态的转换器的主视图，图2为本发明一实施例提供的一种基于微带线波导的光子态与微波量子态的转换器的俯视图，如图1和图2所示，本申请实施例提供一种基于微带线波导的光子态与微波量子态的转换器，转换器包括：支撑层10、光波导50、微带线20、柔性薄膜40和金属基层30；微带线20穿过支撑层10，且金属基层30与微带线20平行设置，微带线20靠近金属基层30一面上设置有至少一个柔性薄膜40，柔性薄膜40与金属基层30和微带线20均垂直，光波导50设置在柔性薄膜40的一侧，且光波导50分别与微带线20和金属基层30平行，其中，柔性薄膜40用于传导电流。

具体地，该支撑层10用于支撑微带线20，该支撑层10的具体形状和具体材料根据实际情况进行选择，在此不做限定，该微带线20用于传输微波，并且该微带线20穿过该支撑层10之后，一部分裸露在外边，使得该微带线20裸露的一部分与该金属基层30平行，由于该金属基层30的材料为金属，则该微带线20和该金属基层30之间会发生一定的耦合，该微带线20靠近该金属基层30的一面上设置柔性薄膜40，且该柔性薄膜40分别与该微带线20和金属基层30垂直，该柔性薄膜40可以导电，该柔性薄膜40的一侧设置有光波导50，该光波导50可以发射出光子，当该光波导50产生光子的时候，该柔性薄膜40在光子的作用下产生振动，该柔性薄膜40振动会改变该微带线20与金属基层30之间的的耦合情况，从而使得该微带线20中传输逇微波发生改变，产生一个微波量子，需要说明的是，该光波导50与该柔性薄膜40自然状态所形成的平面垂直，以便该光波导50发出的光子击打在该柔性薄膜40上；该柔性薄膜40的形状一般为矩形，在此不做具体限定，该柔性薄膜40的设置数量根据实际情况进行设定，在此不做限定，该金属基层30的具体材料根据实际情况进行选择，只要能实现该金属基层30的材料为金属，且同时能与该微带线20和柔性薄膜40耦合即可；该柔性薄膜40设置在该微带线20一面的方式可以是将该柔性薄膜40的一端嵌入该微带线20的面上，也可以是将该柔性薄膜40的一端粘贴在该微带线20的面上，在此不做限定。

图3为本发明一实施例提供的另一种基于微带线波导的光子态与微波量子态的转换器的结构示意图，如图3所示，为了更清楚的说明，以该柔性薄膜40的设置数量为两个进行说明，两个柔性薄膜40均设置在该微带线20靠近该金属基层30的一个面上，并与该面垂直设置，当光波导50发出的光子击打在该靠近光波导50的柔性薄膜40上时，该柔性薄膜40发生振动，此时改变了该微带线20与金属基层30之间的耦合的同时，还改变了两个柔性薄膜40之间的耦合，从而提高了该转换器产生微波量子的稳定性。

图4为本发明一实施例提供的另一种基于微带线波导的光子态与微波量子态的转换器的结构示意图如图4所示，为了更清楚的说明，以该柔性薄膜40的设置数量为三个进行说明，三个柔性薄膜40均设置在该微带线20靠近该金属基层30的一个面上，并与该面垂直设置，其中，三个柔性薄膜40之间中间的柔性薄膜40最长，且该中间的柔性薄膜40与该光波导50对应，用于接收该光波导50发出的光子，当光波导50发出的光子击打在中间位置的柔性薄膜40上时，该柔性薄膜40发生振动，此时改变了该微带线20与金属基层30之间的耦合的同时，还分别改变了该中间位置的柔性薄膜40与两侧的两个柔性薄膜40之间的耦合，从而提高了该转换器产生微波量子的稳定性。

名词解释，微带线是由支在介质基片上的单一导体带构成的微波传输线。适合制作微波集成电路的平面结构传输线。

可选地，该柔性薄膜40的材料包括：金、银、硅、石墨烯和硫化钼中任意一种。

该柔性薄膜40用于在光子的作用下发生震动，并且可以分别与该微带线20和金属基层30发生共振，则该柔性薄膜40可以为金属材料，也可以为非金属材料，当该柔性薄膜40为金属材料时，该柔性薄膜40为金或者银中任意一种金属材料，当该柔性薄膜40为非金属材料时，该柔性薄膜40为硅、石墨烯或者硫化钼中任意一种非金属材料。

可选地，该光波导50包括：平面光波导50和光纤中至少一种。

该光波导50可以是平面光波导50，也可以是光纤，为了清除的说明，本申请实施例中以光波导50为光纤进行说明。

可选地，支撑层10的材料为绝缘材料。

该支撑层10用于支撑该微带线20，且不与该微带线20、金属基层30、柔性薄膜40和光波导50发生耦合，则该支撑层10可以为绝缘材料，该支撑层10的具体材料根据实际情况和工作人员经验进行选择，在此不做限定。

图5为本发明一实施例提供的另一种基于微带线波导的光子态与微波量子态的转换器的结构示意图，如图5所示，可选地，转换器还包括金属颗粒层60，金属颗粒层60设置在柔性薄膜40靠近光波导50的一侧。

为了提高该柔性薄膜40对光波导50发出的光子的吸收，避免光子的浪费，则可以在该柔性薄膜40靠近该光波导50的一侧上涂覆金属颗粒层60，可以采用金属颗粒溅射的方法，在该柔性薄膜40靠近该光波导50的一侧溅射涂覆金属颗粒层60。

可选地，金属颗粒层60设置在柔性薄膜40靠近金属基层30的一端。

为了减少该柔性薄膜40在没有光子击打的情况下的振动情况，则可以在该柔性薄膜40底部设置金属颗粒层60，在该柔性薄膜40底部增加该金属颗粒层60，增加了该柔性薄膜40底部的重力，在重力的作用下，该柔性薄膜40垂直于该微带线20，减少了其他因素引起的振动情况，减少了误判。

可选地，在该柔性薄膜40靠近该光波导50的一侧并且靠近该金属基层30的位置设置该金属颗粒层60，使得该金属颗粒层60既可以增加对光子的吸收，又可以减少其他因素引起的振动情况，减少了误判。

可选地，金属颗粒层60的材料包括：金、银和钼中至少一种。

由于该金属颗粒层60既可以增加对光子的吸收，又可以减少其他因素引起的振动情况，减少了误判，则可以将该金属颗粒层60设置为能吸收光子，自身重量又较大的贵金属颗粒，其中该金属颗粒层60的材料可以为金、银或者钼任意一种贵金属，又可以为金、银和钼中多种贵金属组成的混合金属，在此不做具体限定。

本申请通过在相互平行的微带线20和金属基层30之间设置一个与微带线20垂直的柔性薄膜40，该柔性薄膜40的一侧设置有光波导50，该光波导50将发射出的光子击打在该柔性薄膜40上，使得该柔性薄膜40发生振动，由于该柔性薄膜40可以传导电流，则当该柔性薄膜40发生振动的时候，该微带线20用于传输微波，并且该微带线20和该金属基层30之间形成的等效电容的耦合情况被改变，从而使得该微带线20中产生一个微波量子，进而实现了将光子转化为微波量子的过程，由于该转换器结构简单，所以将光子转化为微波量子的稳定性较高。

本申请实施例提供另一种基于微带线20波导的光子态与微波量子态的转换系统，转换系统包括：光源和上述任意一项的转换器，光源设置在转换器中的光波导50远离柔性薄膜40的一端。

该光源用于发出光子，并通过光波导50将光子传导到该柔性薄膜40上，该光源一次可以发出一个光子，该光源的具体形状和功率根据实际情况进行选择，在此不做限定。

可选地，光源为激光光源。

该激光光源与该光波导50的一端光电连接，用于同该光波导50将光子发射到该柔性薄膜40上，需要说明的是，该光波导50一次可以发射一个光子。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。