《基於氫化非晶矽波導的晶片式簡併關聯光子對源》是依託天津大學，由楊磊擔任項目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：基於氫化非晶矽波導的晶片式簡併關聯光子對源
- 項目類別：青年科學基金項目
- 項目負責人：楊磊
- 依託單位：天津大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
簡併關聯光子對是實現量子計算的重要資源。近年來，量子計算的基本單元C-NOT門也向微型化、大規模集成化發展，因此研製晶片式簡併關聯光子對源成為當今的研究熱點。基於晶體的參量下轉換和基於光纖的四波混頻是製備簡併光子對的有效方法，但這兩種光源的兼容性和擴展性較差，不適於在集成光學中的套用。基於矽基光波導的簡併光子對源具有晶片化和可大規模集成的套用前景。目前矽基光波導製備簡併光子對易受雙光子吸收效應的影響，產生效率低；泵浦光源均採用連續光，功率要求高，光子對產生時間不確定，不利於在Hong-Ou-Mandel干涉中的套用。本項目利用氫化非晶矽光波導中的四波混頻製備簡併光子對，可降低雙光子吸收的影響；採用超短脈衝作為泵浦，既提高泵浦的峰值功率又可確定光子對的產生時間；利用Sagnac環實現光子對的空間分離。項目的目標是研製一套基於氫化非晶矽波導產生通訊波段高質量簡併光子對的可集成化量子光源。
結題摘要
近年來，隨著大規模集成光量子技術的發展，簡併光子對源不僅需要有良好的兼容性和擴展性，而且還需要易於集成到晶片上。氫化非晶矽光波導是一種可實現大規模集成光路的三階非線性介質，具有尺寸小、非線性係數高、傳輸損耗低等優點，是既適合於集成化加工又能製備高質量頻率簡併光子對的理想材料。本項目中首先採用氫化非晶矽製作的納米波導線作為產生四波混頻的非線性介質，波導的非線性係數可達1320 /(w•m)，傳輸損耗為3.5 dB/cm，可增加光子對源的亮度和提高光子對的傳輸效率。實驗中利用雙連線埠Sagnac環作為產生和分離簡併關聯光子對的實驗裝置，Sagnac環由50/50分束器、1 cm非氫化矽基光波導和光纖偏振控制器組成，其中單模光纖與氫化非晶矽光波導之間的焊接損耗為3 dB。82 MHz的光纖鎖模脈衝雷射器的輸出光經過雙光柵濾波器分光色散，分別獲取中心波長為分別為1539.37 nm和1552.12 nm的雙泵浦脈衝光，獲取中心波長為1545.72 nm的簡併關聯光子對。雙脈衝光經過Sagnac環中的50/50分束器後，等功率的分為順時針傳輸和逆時針傳輸的兩組脈衝光，並分別產生順時針傳輸和逆時針傳輸的簡併光子對，對向傳播光子對在50/50分束器處發生量子干涉，獲取空間模式分離的簡併光子對。實驗中，通過調整入射泵浦光的偏振態以保證輸出光子對為偏振純態，從而實現對向傳播光子對的偏振模式匹配與完全的量子干涉。經過單光子計數系統對於簡併光子對的探測，空間模式分離的光子對的符合計數率與隨機符合計數率的比值可達20:1， Hong-Ou-Mandel量子干涉的可見度為91±2%，達到在量子信息處理中使用的要求。本項目的研究成果不僅能為量子信息技術提供一種高質量的簡併關聯光子對源，同時也為量子信息技術套用向晶片化、大規模集成化方向發展提供技術支持。
