一种偏振纠缠光源,包括:干涉机构,用于根据初始激光得到偏振方向相同,且传播方向不同的第一束泵浦激光和第二束泵浦激光;谐振腔,适用于接收第一束泵浦激光和第二束泵浦激光;非线性光学晶体,设置在谐振腔中,进入谐振腔的两束泵浦激光自不同方向穿过非线性光学晶体,在非线性光学晶体的作用下,第一束泵浦激光的光子发生自发参量下转换得到两个的第一下转换光子,第二束泵浦激光的光子发生自发参量下转换得到两个的第二下转换光子;干涉机构还适用于确保第一目标下转换光子和第二目标下转换光子能够产生量子相干叠加,得到偏振纠缠光子对。
背景技术
自发参量下转换过程是目前产生纠缠光子对最便捷的方式,已经广泛应用于量子信息任务以及量子力学基本问题的验证。自发参量下转换描述了一个二阶非线性过程,在自发参量下转换过程中,一个泵浦激光子与非线性介质相互作用并分裂成两个频率较低的光子。自发参量下转换过程是倍频过程和合频过程的逆过程。“参量”意味着光于介质相互作用,但不改变介质的量子状态,因此泵浦激光子与两个下转换光子之间满足能量守恒和动量守恒。由动量守恒可以推出参量下转换过程的相位匹配条件,根据得到的下转换光子偏振不同,参量下转换过程可以分为0型下转换、I型下转换、II型下转换;根据下转换光子的传播方向,参量下转换还可以区分为共线型下转换和非共线型下转换;参量下转换过程根据波长可以分为简并型下转换和非简并型下转换。参量下转换过程需要满足相位匹配条件,相位匹配条件通常在双折射非线性晶体中实现,其折射率取决于光子的波长和发射角。准相位匹配是一种通过周期极化晶体实现相位匹配的方法,这种方法具有参数可调,可以选用最大非线性系数方向等优点。
光学腔由两个或多个反镜组成,这些反射镜能够将光束限制在一个很小的空间,并对光束进行多次反射来使光束在光学腔中振荡。由于光学腔的多次反射,能够使光束的光强得到增强。因此,将光学腔应用在激光器中,能够提高激光器的输出功率。同时,由于只有满足波长等于光学腔腔长整数倍的光束才能在光学腔中振荡,因此光学腔还能够对光场的频率特性进行调制。此外,在量子通信领域,光学腔也扮演着重要角色,它可以被用于产生偏振纠缠光子对。具体而言,偏振纠缠光子对的产生主要依赖于发生在光学腔内的下转换过程,光学腔能够增强下转换过程中光与非线性光学晶体之间的相互作用。同时,光学腔还能够对下转换过程的光场进行调制以及对下转换过程产生的光子对进行压窄,从而产生出窄带的偏振纠缠光子对。但是目前利用光学腔产生的窄带非简并偏振纠缠光子对的方法中常采用两个非线性介质,但由于下转换过程产生的光子对多次经过两个非线性介质,使得光子对的路径和偏振方向发生变化,因此会使得非简并偏振纠缠光子对的产生过程不稳定。
实现思路