本實(shí)用新型屬于量子信息處理技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種基于全光纖化飛秒激光器的單光子源。

背景技術(shù)：

單光子源為只發(fā)射一個(gè)光子的光源。利用單光子源可以制備多光子糾纏態(tài)，多光子糾纏態(tài)是量子計(jì)算和量子通信中必不可少的基本資源；另外，單光子源在量子密碼術(shù)和線性光學(xué)量子計(jì)算等量子信息領(lǐng)域也有廣泛應(yīng)用。單光子源的產(chǎn)生可以通過激發(fā)單個(gè)發(fā)射粒子產(chǎn)生，比如激發(fā)量子點(diǎn)、囚禁在高精細(xì)度腔內(nèi)的單原子、隔離的分子、鉆石中孤立空缺等。由于這種技術(shù)要求溫度極低，因此沒有實(shí)際意義。單光子源也可通過參量過程的關(guān)聯(lián)光子對(duì)產(chǎn)生，稱為宣布式單光子源。這類參量過程主要包括基于非線性晶體自發(fā)參量下轉(zhuǎn)換過程和基于光纖三階非線性效應(yīng)的自發(fā)四波混頻過程。利用基于光纖三階非線性效應(yīng)的自發(fā)四波混頻過程制備單光子源可以實(shí)現(xiàn)單光子源全光纖化，使得單光子源結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，穩(wěn)定性高。但目前尚缺少這樣的裝置。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為了解決上述問題，本實(shí)用新型的目的在于提供一種基于全光纖化飛秒激光器的單光子源。

為了達(dá)到上述目的，本實(shí)用新型提供的基于全光纖化飛秒激光器的單光子源包括：飛秒激光種子源、光纖放大器、泵浦源、合束器、增益光纖、分束器、第一光環(huán)行器、第一窄帶光纖光柵、第二光環(huán)行器、第二窄帶光纖光柵、光電探測(cè)器、閑置光通道和信號(hào)光通道；其中：

飛秒激光種子源通過光纖放大器與合束器連接，泵浦源與合束器連接，合束器通過增益光纖與分束器連接，分束器分別與第一光環(huán)行器和第二光環(huán)行器相連接，第一窄帶光纖光柵與第一光環(huán)行器連接，第二窄帶光纖光柵與第二光環(huán)行器連接，第一光環(huán)行器通過光電探測(cè)器與閑置光通道連接，第二光環(huán)行器與信號(hào)光通道連接。

所述的飛秒激光種子源為重復(fù)頻率為5-10GHz的飛秒光纖激光器，中心波長(zhǎng)為1030nm-1064nm。

所述的泵浦源、合束器和增益光纖組成雙包層放大器；其中泵浦源為976nm泵浦源，功率為50-100W；增益光纖為芯徑20-30μm的雙包層高摻雜摻鉺磷酸鹽增益光纖，長(zhǎng)度為1-2m。

所述的光纖放大器的功率放大倍數(shù)為50倍。

所述的第一光環(huán)行器和第一窄帶光纖光柵組成全光纖化濾波裝置，第二光環(huán)行器和第二窄帶光纖光柵組成全光纖化濾波裝置，第一窄帶光纖光柵和第二窄帶光纖光柵的帶寬為0.5-1nm。

本實(shí)用新型提供的基于全光纖化飛秒激光器的單光子源的優(yōu)點(diǎn)在于：使用高摻雜摻鉺磷酸鹽光纖獲得GHz級(jí)高重頻飛秒激光，然后在雙包層放大器中進(jìn)行放大，通過非線性效應(yīng)獲得高強(qiáng)度糾纏光子對(duì)，并采用全光纖化濾波裝置分離光子對(duì)，由此獲得高信噪比單光子源。整個(gè)裝置的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，尺寸緊湊，性能穩(wěn)定性好。

附圖說明

圖1為本實(shí)用新型提供的基于全光纖化飛秒激光器的單光子源結(jié)構(gòu)示意圖。

圖中：

1.飛秒激光種子源 2.光纖放大器

3.泵浦源 4.合束器

5.增益光纖 6.分束器

7.第一光環(huán)行器 8.第一窄帶光纖光柵

9.第二光環(huán)行器 10.第二窄帶光纖光柵

11.光電探測(cè)器 12.閑置光通道

13.信號(hào)光通道

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型提供的基于全光纖化飛秒激光器的單光子源進(jìn)行詳細(xì)說明。

如圖1所示，本實(shí)用新型提供的基于全光纖化飛秒激光器的單光子源包括：

飛秒激光種子源1、光纖放大器2、泵浦源3、合束器4、增益光纖5、分束器6、第一光環(huán)行器7、第一窄帶光纖光柵8、第二光環(huán)行器9、第二窄帶光纖光柵10、光電探測(cè)器11、閑置光通道12和信號(hào)光通道13；其中：

飛秒激光種子源1通過光纖放大器2與合束器4連接，泵浦源3與合束器4連接，合束器4通過增益光纖5與分束器6連接，分束器6分別與第一光環(huán)行器7和第二光環(huán)行器9相連接，第一窄帶光纖光柵8與第一光環(huán)行器7連接，第二窄帶光纖光柵10與第二光環(huán)行器9連接，第一光環(huán)行器7通過光電探測(cè)器11與閑置光通道12連接，第二光環(huán)行器9與信號(hào)光通道13連接。

所述的飛秒激光種子源1為重復(fù)頻率為5-10GHz的飛秒光纖激光器，中心波長(zhǎng)為1030nm-1064nm。

所述的泵浦源3、合束器4和增益光纖5組成雙包層放大器；其中泵浦源3為976nm泵浦源，功率為50-100W；增益光纖5為芯徑20-30μm的雙包層高摻雜摻鉺磷酸鹽增益光纖，長(zhǎng)度為1-2m。

所述的光纖放大器2的功率放大倍數(shù)為50倍。

所述的第一光環(huán)行器7和第一窄帶光纖光柵8組成全光纖化濾波裝置，第二光環(huán)行器9和第二窄帶光纖光柵10組成全光纖化濾波裝置，第一窄帶光纖光柵8和第二窄帶光纖光柵10的帶寬為0.5-1nm。

現(xiàn)將本實(shí)用新型提供的基于全光纖化飛秒激光器的單光子源的工作原理闡述如下：

飛秒激光種子源1所發(fā)出的重復(fù)頻率為5-10GHz的飛秒激光首先經(jīng)過光纖放大器2進(jìn)行50倍功率預(yù)放大，然后注入雙包層放大器中，預(yù)放大后的飛秒激光在由雙包層放大器放大過程中受非線性效應(yīng)影響將產(chǎn)生高強(qiáng)度糾纏光子對(duì)，當(dāng)飛秒激光的中心波長(zhǎng)為1063nm時(shí)，糾纏光子對(duì)的波長(zhǎng)分別為閑置光835nm和信號(hào)光1443nm。隨后含有三種波長(zhǎng)的激光束經(jīng)分束器6分為兩束，分開的兩束激光分別經(jīng)過第一光環(huán)行器7、第一窄帶光纖光柵8和第二光環(huán)行器9、第二窄帶光纖光柵10進(jìn)行濾波。第一光環(huán)行器7和第一窄帶光纖光柵8的相應(yīng)波長(zhǎng)為閑置光835nm，可以濾掉1063nm的飛秒激光和1443nm的信號(hào)光，只保留835nm波長(zhǎng)的閑置光；第二光環(huán)行器9和第二窄帶光纖光柵10的作用是只保留1443nm的信號(hào)光。至此，將信號(hào)光和閑置光選出。糾纏光子對(duì)中的835nm閑置光和1443nm信號(hào)光是同時(shí)成對(duì)產(chǎn)生的，當(dāng)探測(cè)到一個(gè)835nm閑置光脈沖時(shí)，即可預(yù)示一個(gè)1443nm信號(hào)光的產(chǎn)生。因此，分離出的835nm閑置光經(jīng)過光電探測(cè)器11探測(cè)后從閑置光通道12輸出，以預(yù)示信號(hào)光的存在。分離出的信號(hào)光經(jīng)過信號(hào)光通道13輸出。