微集成小型BBO偏振纠缠源系统
阅读：845发布：2020-05-11
专利汇可以提供微集成小型BBO偏振纠缠源系统专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本实用新型公开了一种本微集成小型BBO偏振纠缠源系统，包括硬质盒体、 泵 浦光 波长 器件、参量光波段器件和非线性晶体；泵浦光波长器件和参量光波段器件的各镜片的底面以及非线性晶体的底面分别粘合固定安装在硬质盒体的 底板 上；泵浦光波长器件和参量光波段器件内的各镜片以及和非线性晶体的通光面均与硬质盒体的底板垂直。泵浦光波长器件和参量光波段器件的各镜片的底面以及非线性晶体的底面分别通过光学胶 水 或者共晶工艺粘合在硬质盒体的底板上。本实用新型尺寸大幅度缩小，方便携带，同时粘合牢固，提高了系统抗环境震动的能 力 。，下面是微集成小型BBO偏振纠缠源系统专利的具体信息内容。
1.一种微集成小型BBO偏振纠缠源系统，包括硬质盒体、泵浦光波长器件、参量光波段器件和非线性晶体；所述泵浦光波长器件包括光纤准直器OCA、聚焦透镜LensA、半波片HWPA1、半波片HWPA2、偏振分束器PBS、光学垃圾桶Can；所述参量光波段器件包括反射镜RR1、反射镜RR2，透镜LensB1、透镜LensB2、滤波片IF1、滤波片IF2、准直器OCB1、准直器OCB2；光纤准直器OCA、准直器OCB1和准直器OCB2分别穿过硬质盒体上的圆孔；
其特征在于：所述光纤准直器OCA、聚焦透镜LensA、半波片HWPA1、半波片HWPA2、偏振分束器PBS、光学垃圾桶Can、反射镜RR1、反射镜RR2，透镜LensB1，透镜LensB2，滤波片IF1、滤波片IF2、准直器OCB1、准直器OCB2和非线性晶体的底面分别粘合固定安装在硬质盒体的底板上；泵浦光波长器件和参量光波段器件内的各镜片的通光面以及和非线性晶体的通光面均与硬质盒体的底板垂直。
2.根据权利要求1所述的微集成小型BBO偏振纠缠源系统，其特征在于：所述光纤准直器OCA、聚焦透镜LensA、半波片HWPA1、半波片HWPA2、偏振分束器PBS、光学垃圾桶Can、反射镜RR1、反射镜RR2、透镜LensB1、透镜LensB2、滤波片IF1、滤波片IF2、准直器OCB1、准直器OCB2和非线性晶体分别通过光学胶水或者共晶工艺粘合在硬质盒体的底板上。
3.根据权利要求1所述的微集成小型BBO偏振纠缠源系统，其特征在于：非线性晶体为BBO晶体。
4.根据权利要求1所述的微集成小型BBO偏振纠缠源系统，其特征在于：光学垃圾桶Can是光学吸收性衰减镜片或者光束收集桶。
5.根据权利要求1所述的微集成小型BBO偏振纠缠源系统，其特征在于：聚焦透镜LensA为平凸镜、双凸镜或者抛物面镜。
微集成小型BBO偏振纠缠源系统
技术领域
[0001] 本实用新型设计一种量子通信领域的基于空间光学元件的商业化或者实验室的纠缠源设备，尤其涉及一种微集成小型BBO偏振纠缠源系统。
背景技术
[0002] 量子纠缠作为量子信息科学特有而奇妙的特性，直观反映了量子理论的本质：或然性和空间非定域性。纠缠源作为一种基础物理资源，在量子保密通信、量子精密测量和量子计算等应用领域发挥巨大作用，是重要的核心资源。
[0003] 目前，基于空间光学元件的商业化或者实验室的纠缠源设备，一般均是采用的固定方式是先将光学元件安装入光学镜架，然后将光学镜架安装并固定在合适位置。这种产品形态的设备存在三个缺点：一是由于一般镜架体积大，导致系统整体体积较大(一般体积至少为300*300*150mm)；二是系统光斑尺寸较小(<3mm)，使用常规大尺寸(φ25.4mm)光学元件浪费物料；三是此类产品均采用螺丝固定，在运输等有震动的条件下，螺丝会发生松动，导致器件松动甚至脱落，光路不再准直，系统无法工作。实用新型内容
[0004] 为解决上述技术问题，本实用新型提供了一种微集成小型BBO偏振纠缠源系统，本微集成小型BBO偏振纠缠源系统尺寸大幅度缩小(至少缩小至1/10)，方便携带，同时粘合牢固，提高了系统抗环境震动的能力。
[0005] 为实现上述技术目的，本实用新型采取的技术方案为：微集成小型BBO偏振纠缠源系统，包括硬质盒体、泵浦光波长器件、参量光波段器件和非线性晶体；所述泵浦光波长器件包括光纤准直器OCA、聚焦透镜LensA、半波片HWPA1、半波片HWPA2、偏振分束器PBS、光学垃圾桶Can；所述参量光波段器件包括反射镜RR1、反射镜RR2，透镜LensB1、透镜LensB2、滤波片IF1、滤波片IF2、准直器OCB1、准直器OCB2；光纤准直器OCA、准直器OCB1和准直器OCB2分别穿过硬质盒体上的圆孔；
[0006] 其特征在于：所述光纤准直器OCA、聚焦透镜LensA、半波片HWPA1、半波片HWPA2、偏振分束器PBS、光学垃圾桶Can、反射镜RR1、反射镜RR2，透镜LensB1，透镜LensB2，滤波片IF1、滤波片IF2、准直器OCB1、准直器OCB2和非线性晶体的底面分别粘合固定安装在硬质盒体的底板上；泵浦光波长器件和参量光波段器件内的各镜片的通光面以及和非线性晶体的通光面均与硬质盒体的底板垂直。
[0007] 进一步的，所述光纤准直器OCA、聚焦透镜LensA、半波片HWPA1、半波片HWPA2、偏振分束器PBS、光学垃圾桶Can、反射镜RR1、反射镜RR2、透镜LensB1、透镜LensB2、滤波片IF1、滤波片IF2、准直器OCB1、准直器OCB2和非线性晶体分别通过光学胶水或者共晶工艺粘合在硬质盒体的底板上。
[0008] 进一步的，非线性晶体为BBO晶体。
[0009] 进一步的，光学垃圾桶Can是光学吸收性衰减镜片或者光束收集桶。
[0010] 进一步的，聚焦透镜LensA为平凸镜、双凸镜或者抛物面镜。
[0011] 本实用新型外观形态为一个硬质盒体。盒体结构允许根据需求设计加工，如打孔、加工局部结构等。硬质盒体材质可以是金属或陶瓷等不易碎材质。所述OCA可以将系统外激光通过光纤导入本模块，用作系统的泵浦光源。聚焦透镜LensA用以光束聚焦，使出射光光斑变小，增强功率密度进而增强纠缠光子对产生效率。聚焦透镜可以是平凸、双凸、抛物面镜等具有聚焦作用的光学镜片。半波片HWPA1，HWPA2用以将泵浦光源偏振方向调制设定方向。偏振分束器PBS用以将光水平偏振与竖直偏振方向分量分束，其中水平偏振透射，竖直偏振反射。当PBS仅用来做偏振选择时，也可以用偏振片等具有偏振选择功能器件代替。光学垃圾桶Can用以将剩余泵浦光收集，可以是小尺寸光学吸收性衰减镜片，也可以是小尺寸光束收集桶。非线性BBO晶体用以发生参量转换过程，产生与泵浦光呈小角度分离的纠缠光子对。反射镜RR1，RR2用以将参量光反射进入左右两侧纠缠收集光路，可以是片状反射镜、直角反射镜及抛物面镜等具有反射功能镜片。参量光波段透镜LensB1，LensB2用以实现光束由平行转聚焦或者由聚焦转平行光。滤波片IF1，IF2用以滤出空间杂散光和剩余泵浦光，确保只有参量光进入光纤准直器，可以是窄带带通或者长通滤波片。准直器OCB1，OCB2用以将纠缠光子对从空间分布耦合进入光纤，进而输出进行测量或者直接输出使用。同时准直器OCB1，OCB2也可以选择焦距可调或者固定。所述光学元件均免除镜架安装。所述光学元件边沿与底板接触，并按顺序依次固定在底板上，镜片通光面与底板垂直。特殊形状光学元件允许辅以固定底座增强固定效果。所述光学元件均通过光学胶水或者共晶等工艺固定在底板上。所有光学元件通光面尺寸根据入射光束光斑大小变化，略大于光斑尺寸，一般在3-5mm量级。
[0012] 其中所述光学元件LensA，HWPA1，HWPA2，RR1，RR2，LensB1，LensB2，IF1，IF2等镜片为方形薄片状，边长均控制在mm量级，优选3-5mm。上述方形薄片状镜片也可以设计成圆形、切边圆形或其他多边形镜片，直径控制在mm量级，优选3-5mm。所述块状光学元件如直角反射棱镜，PBS等边长控制在mm量级，优选3-5mm。所涉及OCA，LensA，HWPA1，HWPA2，BBO，Can器件中心共线，同一直线光路上顺次放置。所述OCA，LensA，HWPA1，PBS、HWPA2相邻通光面间距mm量级，优选1-5mm。非线性BBO晶体与聚焦透镜LensA中心距离等于LensA焦距。Can距离BBO晶体cm量级，优选小于100mm。所涉及RR1，LensB1、IF1、OCB1器件中心共线，顺次放置在同一直线光路上，相邻通光面间距mm量级，优选1-5mm。所涉及RR2，LensB2、IF2、OCB2器件中心共线，顺次放置在同一直线光路上，相邻通光面间距mm量级，优选1-5mm。LensA与LensB1、LensB2共焦，距离等于两者焦距之和。光学元件间距，除了上述透镜关联器件，其他器件可以密接，或保留1-3mm量级间距。所述光学元件在系统中的数量根据功能需求可变更。所述光学元件允许满足相同功能的同类产品替换。所述光学元件尺寸允许根据光束参数变更。所述光学元件间距离允许根据器件参数变更。根据功能需求，系统可以增加偏振分析元件实现纠缠测量。在实现功能前提下，允许系统内器件前后位置自由组合。在实现功能前提下，允许增加反射镜等常规器件改变光路走向。本纠缠源支持扩展获得四个最大纠缠态：在纠缠产生模块中增加四分之一波片QWPA，补偿o光和e光相位差，在收集模块中加入半波片，将H、V偏振置换，从而获得HH±VV态、HV±VH态。所述光路允许通过改变器件参数性能进而改变光路光程或光路走向，如附图3.所述光路允许通过加入器件常规器件，如泵浦波段反射镜RRA等，改变光路光程或光路走向，如附图4。
[0013] 本实用新型免除安装镜片所需光学镜架，同时将元件尺寸减小，控制在mm量级，基于光胶或者共晶等工艺，将小尺寸光学元件直接粘合在底板上，从而实现纠缠源尺寸大幅度缩小(至少缩小至1/10)，方便携带，同时粘合牢固，提高了系统抗环境震动的能力。
附图说明
[0014] 图1为本实用新型的结构示意图。
[0015] 图2为本实用新型实施例1的光路原理示意图。
[0016] 图3为本实用新型实施例1的变形光路原理示意图。
[0017] 图4为本实用新型实施例1的增加器件后的光路原理示意图。
具体实施方式
[0018] 实施例1
[0019] 参见图1，本微集成小型BBO偏振纠缠源系统，包括硬质盒体、泵浦光波长器件、参量光波段器件和非线性晶体；所述泵浦光波长器件包括光纤准直器OCA、聚焦透镜LensA、半波片HWPA1、半波片HWPA2、偏振分束器PBS、光学垃圾桶Can；所述参量光波段器件包括反射镜RR1、反射镜RR2，透镜LensB1，透镜LensB2、滤波片IF1、滤波片IF2、准直器OCB1、准直器OCB2；光纤准直器OCA、准直器OCB1和准直器OCB2分别穿过硬质盒体上的圆孔；所述光纤准直器OCA、聚焦透镜LensA、半波片HWPA1、半波片HWPA2、偏振分束器PBS、光学垃圾桶Can、反射镜RR1、反射镜RR2，透镜LensB1、透镜LensB2、滤波片IF1，滤波片IF2、准直器OCB1、准直器OCB2和非线性晶体的底面分别粘合固定安装在硬质盒体的底板上；泵浦光波长器件和参量光波段器件内的各镜片的通光面以及和非线性晶体的通光面均与硬质盒体的底板垂直。所述光纤准直器OCA、聚焦透镜LensA、半波片HWPA1、半波片HWPA2、偏振分束器PBS、光学垃圾桶Can、反射镜RR1、反射镜RR2、透镜LensB1、透镜LensB2，滤波片IF1，滤波片IF2、准直器OCB1、准直器OCB2和非线性晶体分别通过光学胶水或者共晶工艺粘合在硬质盒体的底板上，非线性晶体为BBO晶体。
[0020] 本实施例1的外观形态为一个硬质盒体。盒体材质是铝合金金属材质，尺寸160*60*15mm。盒体上加工有三个圆孔，用以将光纤接入盒体内的光纤准直器。参见图2，本系统包含的泵浦光波长器件有：光纤准直器OCA，聚焦透镜LensA，半波片HWPA1，HWPA2，偏振分束器PBS，光学垃圾桶Can。本系统所含有参量光波段器件有：反射镜RR1，RR2，透镜LensB1，LensB2，滤波片IF1，IF2和准直器OCB1，OCB2。本系统所含有非线性晶体为BBO晶体。所述OCA可以将系统外激光通过光纤导入本模块，用作系统的泵浦光源。聚焦透镜LensA用以光束聚焦，使出射光光斑变小，增强功率密度进而增强纠缠光子对产生效率。聚焦透镜可以是平凸、双凸、抛物面镜等具有聚焦作用的光学镜片。半波片用以将泵浦光源偏振方向调制设定方向。根据需求，系统包含泵浦光半波片HWPA两个。第一个半波片HWPA1用以将泵浦光源偏振方向调至PBS透射偏振方向，第二个HWPA2用以将PBS透射水平偏振调至45°偏振。偏振分束器PBS用以将光水平偏振与竖直偏振方向分量分束，其中水平偏振透射，竖直偏振反射。
当PBS仅用来做偏振选择时，也可以用偏振片等具有偏振选择功能器件代替。光学垃圾桶Can用以将剩余泵浦光收集，可以是小尺寸光学吸收性衰减镜片，也可以是小尺寸光束收集桶。非线性BBO晶体用以发生参量转换过程，产生与泵浦光呈小角度分离的纠缠光子对。反射镜RR1，RR2用以将参量光反射进入左右两侧纠缠收集光路，可以是片状反射镜、直角反射镜及抛物面镜等具有反射功能镜片。参量光波段透镜LensB1、LenB2与LensA共焦，用以实现光束聚焦转平行光。滤波片IF1，IF2用以滤出空间杂散光和剩余泵浦光，确保只有参量光进入光纤准直器，可以是窄带带通或者长通滤波片。准直器OCB1，OCB2用以将纠缠光子对从空间分布耦合进入光纤，进而输出进行测量或者直接输出使用。同时准直器OCB1，OCB2也可以选择焦距可调或者固定。
当PBS仅用来做偏振选择时，也可以用偏振片等具有偏振选择功能器件代替。光学垃圾桶Can用以将剩余泵浦光收集，可以是小尺寸光学吸收性衰减镜片，也可以是小尺寸光束收集桶。非线性BBO晶体用以发生参量转换过程，产生与泵浦光呈小角度分离的纠缠光子对。反射镜RR1，RR2用以将参量光反射进入左右两侧纠缠收集光路，可以是片状反射镜、直角反射镜及抛物面镜等具有反射功能镜片。参量光波段透镜LensB1、LenB2与LensA共焦，用以实现光束聚焦转平行光。滤波片IF1，IF2用以滤出空间杂散光和剩余泵浦光，确保只有参量光进入光纤准直器，可以是窄带带通或者长通滤波片。准直器OCB1，OCB2用以将纠缠光子对从空间分布耦合进入光纤，进而输出进行测量或者直接输出使用。同时准直器OCB1，OCB2也可以选择焦距可调或者固定。
[0021] 所述光学元件均免除镜架安装。所述光学元件边沿与底板接触，并按顺序依次固定在底板上，镜片通光面与底板垂直。所述光学元件均通过光学胶水固定在底板上。系统入射光束光斑直径约1mm。光纤准直器OCA、OCB1，OCB2通光面尺寸为φ11mm。其中所述光学元件LensA，HWPA1，HWPA2，RR1，RR2，LensB1，LensB2，IF1，IF2等镜片为方形薄片状，边长5mm，厚度小于1mm。所述块状光学元件如直角反射棱镜，PBS等尺寸为5mm*5mm*5mm。所涉及OCA，LensA，HWP1，PBS，HWP2，BBO，Can器件中心共线，同一直线光路上顺次放置。所涉及RR1，LensB1、IF1、OCB1器件中心共线，顺次放置在同一直线光路上。所涉及RR2，LensB2、IF2、OCB2器件中心共线，顺次放置在同一直线光路上。
[0022] OCA，LensA，HWP1，PBS，HWP2相邻通光面间距均为3mm。非线性BBO晶体与聚焦透镜LensA中心距离等于LensA焦距。LensA焦距为50mm，所述距离随LensA参数变化。BBO与光学垃圾桶Can间距100mm。LensA与LensB1，LensB2共焦，lensB1，LensB2焦距为100mm。两者距离随焦距变化而变化。两个反射镜RR1，RR2中心距离15mm，所在光路以泵浦光线为轴对称。LensB1、IF1、OCB1相邻通光面间距均为3mm。LensB2、IF2、OCB2相邻通光面间距均为3mm。上述方形薄片状镜片也可以设计成圆形、切边圆形或其他多边形镜片，直径控制在mm量级，优选3-5mm。所有光学元件通光面尺寸根据入射光束光斑大小变化，略大于光斑尺寸，一般在
3-5mm量级。所述光学元件在系统中的数量根据功能需求可变更。
3-5mm量级。所述光学元件在系统中的数量根据功能需求可变更。
[0023] 所述光学元件允许满足相同功能的同类产品替换。所述光学元件尺寸允许根据光束参数变更。所述光学元件间距离允许根据器件参数变更。根据功能需求，系统可以增加偏振分析元件实现纠缠测量。在实现功能前提下，允许系统内器件前后位置自由组合。在实现功能前提下，允许增加反射镜等常规器件改变光路走向。本纠缠源支持扩展获得四个最大纠缠态：在纠缠产生模块中增加四分之一QWPA波片，补偿o光和e光相位差，在收集模块中加入半波片，将H、V偏振置换，从而获得HH±VV态、HV±VH态。
[0024] 图2是本实施例1的光路原理示意图，所述光路允许通过改变器件参数性能进而改变光路光程或光路走向，如附图3.所述光路允许通过加入器件常规器件，如泵浦波段反射镜RRA等，改变光路光程或光路走向，如附图4。
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