專利名稱：基于偏振無關(guān)頻率上轉(zhuǎn)換的單光子探測器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及光電子技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及周期極化鈮酸鋰(PPLN)超晶格中的電光 相互作用，以及基于這種作用的一種新型的偏振無關(guān)的單光子探測器的設(shè)計(jì)。更具體而言， 是一種通過電光效應(yīng)將對(duì)應(yīng)光波的偏振方向發(fā)生旋轉(zhuǎn)使任意偏振的信號(hào)光均可完全轉(zhuǎn)換 為和頻光從而設(shè)計(jì)出的一種與偏振無關(guān)的單光子探測器。
背景技術(shù)：
過去的幾年內(nèi)，量子信息技術(shù)得到了飛速的發(fā)展，并且已經(jīng)成為物理學(xué)和信息學(xué) 界關(guān)注的焦點(diǎn)。在這項(xiàng)技術(shù)中，單光子探測又是關(guān)鍵中的關(guān)鍵。根據(jù)光的粒子性，光是由大 量的光子組成的，光子的能量由光的頻率決定。可見光波段的單個(gè)光子的能量非常低，如波 長為630nm的單色光，單個(gè)光子的能量為3. 16X 10_19J。要探測能量如此低的單個(gè)光子信 號(hào)，需要采用特殊的光電檢測器件——單光子探測器。以光電倍增管和雪崩光電二極管為 代表的傳統(tǒng)單光子探測器為弱光檢測提供了最高的靈敏度，自誕生起就一直支撐著最前沿 的科學(xué)研究和工程應(yīng)用，例如在高分辨率的光譜測量、非破壞性物質(zhì)分析、高速現(xiàn)象檢測、 精密分析、大氣測污、生物發(fā)光、放射探測、高能物理、天文測光、光時(shí)域反射、量子密鑰分發(fā) 系統(tǒng)等領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用。由于單光子探測器在高技術(shù)領(lǐng)域的重要地位，它已經(jīng)成為各 發(fā)達(dá)國家光電子學(xué)界重點(diǎn)研究的課題之一。目前，單光子探測器在通信波段的應(yīng)用中，量子密鑰分發(fā)技術(shù)(QKD)可能是最受 關(guān)注的領(lǐng)域之一?，F(xiàn)階段廣為使用的通信系統(tǒng)，原則上都可以被竊聽，存在安全隱患。量子 保密通信技術(shù)通過單一光子或糾纏光子來傳送信息，尤其絕對(duì)安全性。當(dāng)信源與信宿之間 用單光子傳輸信息時(shí)，實(shí)際上是降低信道損耗，但是光子的波段必須在通信波段附近，而傳 統(tǒng)的光電倍增管與硅單光子雪崩光電二極管光譜響應(yīng)上限達(dá)不到1550nm。為了實(shí)現(xiàn)通訊波 長單光子響應(yīng)，一方面可以使用禁帶寬度較低的半導(dǎo)體材料制作雪崩光電二極管，目前大 都采用^GaAs/InP材料。另一方面可以利用頻率上轉(zhuǎn)換單光子探測技術(shù)。頻率上轉(zhuǎn)換單光 子探測技術(shù)就是利用非線性晶體的和頻產(chǎn)生效應(yīng)，將近紅外、紅外波段的光轉(zhuǎn)換為可見光， 這樣就可以使用現(xiàn)有的硅單光子雪崩光電二極管進(jìn)行探測。此外，利用頻率上轉(zhuǎn)換技術(shù)可 以實(shí)現(xiàn)量子態(tài)的相干轉(zhuǎn)換，這對(duì)于量子信息的實(shí)際應(yīng)用有著重要的意義。但這一技術(shù)對(duì)偏 振比較敏感，距離實(shí)用目前仍有一定的距離。因此急需設(shè)計(jì)一種可以實(shí)現(xiàn)偏振無關(guān)的頻率 上轉(zhuǎn)換的單光子探測器。在利用非線性晶體的激光變頻效應(yīng)中，由于存在色散，如果不采取位相匹配措施， 其轉(zhuǎn)換效率將是很低的。為了提高轉(zhuǎn)換效率，必須使轉(zhuǎn)換過程滿足一定的位相匹配條件。在 均勻介質(zhì)材料中，人們通常采用的是雙折射位相匹配(BPM)的方法。但傳統(tǒng)的雙折射位相 匹配技術(shù)受到材料本身的許多限制。如晶體需要沿特殊方向切割，或者需要特定的工作溫 度，而且對(duì)于每一具體的材料，雙折射也只能在一定波段范圍內(nèi)起補(bǔ)償作用。再者BPM需要 參與相互作用的光波具有不同的偏振方向，這樣就只能利用晶體非線性系數(shù)中較小的非對(duì) 角元素，這影響了頻率轉(zhuǎn)移的效率。為解決這一問題，一種新型的位相匹配技術(shù)——準(zhǔn)位相匹配(QPM)則發(fā)展起來。早在1962年Bloembergen等就提出了非線性光學(xué)中的準(zhǔn)位相匹 配概念，其主要思想是利用周期調(diào)制的正負(fù)疇結(jié)構(gòu)來實(shí)現(xiàn)位相匹配。與傳統(tǒng)的雙折射位相匹配相比，準(zhǔn)位相匹配技術(shù)存在不少優(yōu)勢。準(zhǔn)位相匹配技術(shù) 常被應(yīng)用于鈮酸鋰(LN)、鉭酸鋰(LT)等材料中，這些材料具有良好的壓電、電光性質(zhì)，并有 較大的非線性光學(xué)系數(shù)，但它們的雙折射率較小，如用常規(guī)的雙折射匹配方法，匹配范圍很 小甚至無法實(shí)現(xiàn)匹配。而準(zhǔn)位相匹配對(duì)雙折射率沒有要求，使得此類材料的非線性光學(xué)性 能可以得到充分的發(fā)揮。準(zhǔn)位相匹配擴(kuò)大了已有非線性光學(xué)材料的使用范圍。另外，準(zhǔn)位 相匹配時(shí)入射光垂直入射不存在離散角問題，對(duì)不同波長均能進(jìn)行非臨界匹配。準(zhǔn)位相匹 配技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域越來越廣泛，除了傳統(tǒng)的非線性頻率轉(zhuǎn)移領(lǐng)域，在非線性光學(xué)的其他方 面也得到了應(yīng)用。參考文獻(xiàn)如下1.吳青林、劉云、陳巍、韓正甫、王克逸、郭光燦，物理學(xué)進(jìn)展30，296Q010)2. R. V. Roussev, C. Langrock, J. R. Kurz, Μ. Μ. Fejer Opt. Lett. 29，1518 (2004)3. Y. Q. Lu, Ζ. L. Wan, Q. Wang, Y. X. Xi, N. B. Ming App 1. Phys. Lett. 77，3719 (2000)4. Y. Kong, X. F. Chen, Y. Xia App 1. Phys. B 91,479(2008)5. C. P. Huang, Q. J. Wang, Y. Y. Zhu App 1. Phys. B 80，741 (2005)6. CN03112847. 5超晶格全固態(tài)紅、黃、綠三色激光器的設(shè)置方法7. CN96117044. 1準(zhǔn)周期微米超晶格在激光變頻方面的應(yīng)用

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明目的是提出了一種基于偏振無關(guān)頻率上轉(zhuǎn)換的單光子的探測方法及探測 器。這種控制方法對(duì)任意偏振的信號(hào)光都有相同的轉(zhuǎn)換能力，解決了單光子探測器目前存 在的對(duì)偏振敏感的問題，而且結(jié)構(gòu)緊湊，易于集成，對(duì)單光子探測器的實(shí)用起到了至關(guān)重要 的作用。本發(fā)明的技術(shù)方案是基于偏振無關(guān)頻率上轉(zhuǎn)換的單光子探測器單光子探測器 為周期性非線性極化率調(diào)制的多周期結(jié)構(gòu)鈮酸鋰超晶格和電源構(gòu)成。(1)探測器結(jié)構(gòu)為四部分周期迭合而成的周期極化的鈮酸鋰(PPLN)晶體，其中 第一、四部分為相同的周期結(jié)構(gòu)，周期長度為ιΑ，滿足頻率上轉(zhuǎn)換的準(zhǔn)相位匹配條件，周期 數(shù)為Na，使弱信號(hào)光全部轉(zhuǎn)換為和頻光；第二部分為倒格矢用來補(bǔ)償信號(hào)光極化耦合的波 矢失配的周期結(jié)構(gòu)，周期長度為Ib，滿足信號(hào)光偏振旋轉(zhuǎn)的相位匹配條件；第三部分為倒 格矢用來補(bǔ)償和頻光極化耦合的波矢失配的周期結(jié)構(gòu)，周期長度為Ie，滿足和頻光偏振旋 轉(zhuǎn)的相位匹配條件。例如，入射的信號(hào)光波長為1550nm，光強(qiáng)為0.2MW/cm2，泵浦光波長為 1064nm，光強(qiáng)為lOMW/cm2。根據(jù)準(zhǔn)位相匹配條件，第一、四部分的周期結(jié)構(gòu)提供的倒格矢用 來補(bǔ)償頻率上轉(zhuǎn)換的波矢失配，設(shè)置Ia = 11. 62 μ m ；第二部分的周期結(jié)構(gòu)提供的倒格矢用 來補(bǔ)償信號(hào)光極化耦合的波矢失配，設(shè)置Ib = 20. 48 μ m ；第三部分的周期結(jié)構(gòu)提供的倒格 矢用來補(bǔ)償和頻光極化耦合的波矢失配，設(shè)置Ie = 7. 27 μ m。為將信號(hào)光完全轉(zhuǎn)換為和頻 光，設(shè)置Na = 500。(2)外部直流電源加到探測器的第二部分與第三部分的y面上實(shí)現(xiàn)電光系數(shù)的周 期性調(diào)制，從而使對(duì)應(yīng)光波的偏振方向發(fā)生旋轉(zhuǎn)。設(shè)置第二部分與第三部分的外部直流電
4源電場值均為E，則探測器第二部分周期為Nb，使在探測器第二部分傳播后輸出的信號(hào)光的 偏振方向完全旋轉(zhuǎn)至原輸入信號(hào)光的正交方向；探測器第三部分周期為N。，使在第三部分 傳播后輸出的和頻光的偏振方向完全旋轉(zhuǎn)至原輸入和頻光的正交方向。例如，入射的信號(hào)光波長為1550nm，泵浦光波長為1064nm，設(shè)置外加電源電場值 為710V/mm，為將信號(hào)光的偏振方向在第二部分完全轉(zhuǎn)換為另一正交方向，設(shè)置Nb = 250 ； 為將和頻光的偏振方向在第三部分完全轉(zhuǎn)換為另一正交方向，設(shè)置N。= 2600(3)輸入ζ偏振方向的強(qiáng)泵浦光至該器件中，當(dāng)y偏振的信號(hào)光入射至該器件中， 在第一部分沒有頻率上轉(zhuǎn)換光學(xué)過程，至第二部分由于電光效應(yīng)轉(zhuǎn)換ζ偏振的信號(hào)光，從 而在第四部分可以發(fā)生頻率上轉(zhuǎn)換非線性作用，產(chǎn)生的Z偏振的信號(hào)光完全轉(zhuǎn)換為Z偏振 的和頻光；另一方面，當(dāng)Z偏振的信號(hào)光入射至該器件中，首先在第一部分發(fā)生頻率上轉(zhuǎn)換 非線性作用，完全轉(zhuǎn)換為Z偏振的和頻光，而產(chǎn)生的Z偏振的和頻光則在第三部分轉(zhuǎn)換為y 偏振的和頻光。由于垂直器件入射的信號(hào)光均可分解為Z偏振與y偏振分量，若第一與第 四部分具有相同周期與長度，即具有相同的頻率上轉(zhuǎn)換能力時(shí)，當(dāng)任意偏振的信號(hào)光在其 中傳播后，在輸出端信號(hào)光則均可完全轉(zhuǎn)換為和頻光。典型的周期性非線性極化率調(diào)制的多周期結(jié)構(gòu)鈮酸鋰超晶格是利用室溫脈沖外 電場極化方法形成的周期鐵電疇反轉(zhuǎn)。本發(fā)明的電光器件和準(zhǔn)位相匹配超晶格器件的原理是1、PPLN中的電光效應(yīng)(electro-optic effect)外部直流電場加在LN的y面上， 由于電光效應(yīng)使得介質(zhì)隔離率張量發(fā)生變化，即使折射率橢球發(fā)生變形，表現(xiàn)為折射率橢 球的主軸方向和長度發(fā)生變化。在外部電場E的作用下，折射率橢球主軸偏轉(zhuǎn)角度θ為 θ = T51E !{Mn]-Mn1o).式中r51表示鈮酸鋰晶體的電光系數(shù)，ne, n0表示對(duì)應(yīng)波長的異常光與尋常光在晶 體中傳播時(shí)的折射率。由于在PPLN中，由于在正負(fù)疇中三階張量的符號(hào)相反，所以r51的符號(hào)也在正負(fù) 疇中不同，新ζ坐標(biāo)軸方位角也有所不同，在正疇區(qū)方位角為θ，負(fù)疇區(qū)的角度則變?yōu)?θ， 這就形成了折疊式sole濾波器，可以對(duì)入射光進(jìn)行偏振旋轉(zhuǎn)。以χ向入射y向偏振的光為 例，第一個(gè)疇區(qū)的軸y'與光偏振方向之間的方位角為θ，通過第一個(gè)疇區(qū)后的出射光束 的偏振方向與入射偏振方向之間有Ψ = 2Θ的夾角。第二個(gè)疇區(qū)的軸y'以方位角-Θ 取向，相對(duì)于入射到它的光的偏振方向有3 θ的夾角，經(jīng)過這一疇區(qū)后輸出光的偏振方向 將旋轉(zhuǎn)6 θ，并以與初始入射光偏振方向夾角-4 θ取向。根據(jù)以上分析，由于這些疇區(qū) 依次按+ Θ，- Θ，+ Θ，- Θ，……取向，而這些疇區(qū)的出射處的偏振方向呈現(xiàn)2 θ，-4Θ， 6 θ , -8 θ ,……值。因此經(jīng)過N個(gè)疇區(qū)后，最終的方位角為2Ν θ。若最終這個(gè)方位角為 90°，輸出光則變?yōu)檠卅品较虻木€偏振光，從而完成偏振旋轉(zhuǎn)的過程。2、準(zhǔn)位相匹配(QPM)通過晶體非線性極化率的周期性調(diào)制可以補(bǔ)償光參量過程 中由于折射率色散造成的耦合光波之間的位相失配，以獲得非線性光學(xué)效應(yīng)的增強(qiáng)。QPM需 要的調(diào)制周期可以人為地根據(jù)晶體的折射率色散加以設(shè)計(jì)，可以將匹配的范圍覆蓋整個(gè)透 明波段而無特殊的溫度、角度要求。光波的偏振方向可都沿著晶體的Z軸，以利用非線性系 數(shù)中較大的對(duì)角元素，并且沒有產(chǎn)生離散的光孔效應(yīng)，從而可獲得較高的頻率轉(zhuǎn)移效率。參 見CN96117044. 1準(zhǔn)周期微米超晶格在激光變頻方面的應(yīng)用。
本發(fā)明有益效果本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，其顯著優(yōu)點(diǎn)是(1)通過在晶體中間兩 端的1面加上直流電場實(shí)現(xiàn)相應(yīng)光波偏振方向的旋轉(zhuǎn)，從而實(shí)現(xiàn)偏振無關(guān)的頻率上轉(zhuǎn)換。 整個(gè)制作過程簡單，系統(tǒng)呈現(xiàn)單片化，為光集成系統(tǒng)的建立提供方便。(2)對(duì)任意偏振的信 號(hào)光波均有相同的頻率上轉(zhuǎn)換能力，實(shí)現(xiàn)了完全偏振無關(guān)。


下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式
對(duì)本發(fā)明做更進(jìn)一步的具體說明，以使本發(fā)明的優(yōu) 點(diǎn)得以清楚展現(xiàn)。圖1為在相位匹配點(diǎn)(信號(hào)光為1550nm，泵浦光為1064nm)處信號(hào)光與和頻光光 強(qiáng)隨著晶體長度的變化。圖2為信號(hào)光與和頻光的光譜圖。圖3為任意偏振的信號(hào)光入射時(shí)產(chǎn)生的和頻光的光強(qiáng)。圖4為本發(fā)明控制器的結(jié)構(gòu)示意圖
具體實(shí)施例方式探測器結(jié)構(gòu)分為四部分周期結(jié)構(gòu)迭合而成，其中第一、四部分為相同的周期結(jié)構(gòu)， 周期長度為1A，滿足頻率上轉(zhuǎn)換的準(zhǔn)相位匹配條件，周期數(shù)為Na，使弱信號(hào)光全部轉(zhuǎn)換為和 頻光；第二部分為周期結(jié)構(gòu)，周期長度為Ib，滿足信號(hào)光偏振旋轉(zhuǎn)的相位匹配條件；第三部 分為周期結(jié)構(gòu)，周期長度為1。，滿足和頻光偏振旋轉(zhuǎn)的相位匹配條件。外部直流電源加到電 光器件的第二部分與第三部分的y面上實(shí)現(xiàn)電光系數(shù)的周期性調(diào)制，從而使通過電光器件 該部分對(duì)應(yīng)光波的偏振方向發(fā)生旋轉(zhuǎn)。設(shè)置施加在第二部分與第三部分的外部直流電源電 場值均為E，則第二部分周期為NB，使在電光器件第二部分傳播的信號(hào)光的偏振方向完全旋 轉(zhuǎn)至另一正交方向；第三部分周期為N。，使在第三部分傳播的和頻光的偏振方向完全旋轉(zhuǎn) 至另一正交方向。下面通過實(shí)施例來進(jìn)一步闡明本發(fā)明方法及應(yīng)用，而不是要用這些實(shí)施例來限制 本發(fā)明。實(shí)施例1 為了保證單光子探測器工作在通信波段，設(shè)置信號(hào)光波長為1550nm，光強(qiáng)為 0.2MW/cm2，泵浦光波長為1064nm，光強(qiáng)為lOMW/cm2。根據(jù)準(zhǔn)位相匹配條件，第一、四部分的 周期結(jié)構(gòu)提供的倒格矢用來補(bǔ)償頻率上轉(zhuǎn)換的波矢失配，設(shè)置Ia = 11. 62 μ m ；第二部分的 周期結(jié)構(gòu)提供的倒格矢用來補(bǔ)償信號(hào)光極化耦合的波矢失配，設(shè)置Ib = 20. 48 μ m ；第三部 分的周期結(jié)構(gòu)提供的倒格矢用來補(bǔ)償和頻光極化耦合的波矢失配，設(shè)置Ie = 7. 27 μ m。為 將信號(hào)光完全轉(zhuǎn)換為和頻光，設(shè)置Na = 500，第一部分與第四部分的鈮酸鋰光學(xué)超晶格長度 均為IaNa = 5. 8mm。設(shè)置施加在第二部分與第三部分的外加電源電場值為710V/mm，為將 信號(hào)光的偏振方向在第二部分完全轉(zhuǎn)換為另一正交方向，設(shè)置Nb = 250，第二部分鈮酸鋰光 學(xué)超晶格長度為IbNb = 5. Imm ；為將和頻光的偏振方向在第三部分完全轉(zhuǎn)換為另一正交方 向，設(shè)置Nc =沈0，第三部分鈮酸鋰光學(xué)超晶格長度為IcNc= 1.9mm。鈮酸鋰晶體總長度為 18. 6mm。對(duì)于任意偏振的信號(hào)光，此電光器件均有相同的頻率上轉(zhuǎn)換能力，可將信號(hào)光完全 轉(zhuǎn)換為和頻光。當(dāng)信號(hào)光用衰減器將能量衰減到單光子水平，此電光器件可將任意偏振的信號(hào)光光子轉(zhuǎn)換為和頻光光子，進(jìn)而可以被輸出端的雪崩光電二極管探測。當(dāng)信號(hào)光從激 光器進(jìn)入光纖中傳播后，由于光纖纖芯形狀和應(yīng)力導(dǎo)致各向異性，導(dǎo)致進(jìn)入光纖的線偏振 光很快變?yōu)闊o規(guī)偏振光。當(dāng)在光纖中傳播的信號(hào)光耦合進(jìn)入此電光器件，均可完全轉(zhuǎn)換為 和頻光，從而實(shí)現(xiàn)高效的變頻。實(shí)施例2 為了保證單光子探測器工作在通信波段，設(shè)置信號(hào)光波長為1550nm，光強(qiáng)為 0.2MW/cm2，泵浦光波長為1064nm，光強(qiáng)為lOMW/cm2。根據(jù)準(zhǔn)位相匹配條件，第一、四部分的 周期結(jié)構(gòu)提供的倒格矢用來補(bǔ)償頻率上轉(zhuǎn)換的波矢失配，設(shè)置Ia = 11. 62 μ m ；第二部分的 周期結(jié)構(gòu)提供的倒格矢用來補(bǔ)償信號(hào)光極化耦合的波矢失配，設(shè)置Ib = 20. 48 μ m ；第三部 分的周期結(jié)構(gòu)提供的倒格矢用來補(bǔ)償和頻光極化耦合的波矢失配，設(shè)置Ie = 7. 27 μ m。為 將信號(hào)光完全轉(zhuǎn)換為和頻光，設(shè)置Na = 500，第一部分與第四部分的鈮酸鋰光學(xué)超晶格長度 均為IaNa = 5. 8mm。設(shè)置施加在第二部分與第三部分的外加電源電場值為710V/mm，為將 信號(hào)光的偏振方向在第二部分完全轉(zhuǎn)換為另一正交方向，設(shè)置Nb = 250，第二部分鈮酸鋰光 學(xué)超晶格長度為IbNb = 5. Imm ；為將和頻光的偏振方向在第三部分完全轉(zhuǎn)換為另一正交方 向，設(shè)置Nc =沈0，第三部分鈮酸鋰光學(xué)超晶格長度為IcNc= 1.9mm。鈮酸鋰晶體總長度為 18. 6mm。當(dāng)任意偏振的信號(hào)光進(jìn)入此電光器件，發(fā)生頻率上轉(zhuǎn)換過程轉(zhuǎn)換為和頻光，當(dāng)和頻 光從器件輸出端輸出后，使其通過偏振分光棱鏡(PBQ分為尋常光與異常光兩束，分別接 入光譜分析儀(OSA)測量尋常與異常和頻光的能量，兩者之比與信號(hào)光y偏振分量與ζ偏 振分量能量之比呈倒數(shù)關(guān)系，通過對(duì)和頻光不同分量能量的測量可以得到信號(hào)光y偏振與 ζ偏振分量的能量之比，可以得到信號(hào)光偏振狀態(tài)的部分信息。當(dāng)然完整的探測器的最終還 設(shè)有對(duì)光子感應(yīng)的光電感應(yīng)的終端來匹配。
權(quán)利要求
1.基于偏振無關(guān)頻率上轉(zhuǎn)換的單光子探測器其特征是(1)探測器結(jié)構(gòu)為四部分周期迭合而成的周期極化的鈮酸鋰(PPLN)晶體，其中第一、 四部分為相同的周期結(jié)構(gòu)，周期長度為1A，滿足頻率上轉(zhuǎn)換的準(zhǔn)相位匹配條件，周期數(shù)為 Na,使信號(hào)光全部轉(zhuǎn)換為和頻光；第二部分為倒格矢用來補(bǔ)償信號(hào)光極化耦合的波矢失配 的周期結(jié)構(gòu)，周期長度為Ib，滿足信號(hào)光偏振旋轉(zhuǎn)的相位匹配條件；第三部分為倒格矢用來 補(bǔ)償和頻光極化耦合的波矢失配的周期結(jié)構(gòu)，周期長度為le，滿足和頻光偏振旋轉(zhuǎn)的相位 匹配條件；(2)外部直流電源加到樣品的第二部分與第三部分的y面上實(shí)現(xiàn)電光系數(shù)的周期性調(diào) 制，從而使對(duì)應(yīng)光波的偏振方向發(fā)生旋轉(zhuǎn)；設(shè)置第二部分與第三部分的外部直流電源電場 值均為E，則第二部分周期為Nb，使在第二部分傳播的信號(hào)光的偏振方向完全旋轉(zhuǎn)至另一正 交方向；第三部分周期為N。，使在第三部分傳播的和頻光的偏振方向完全旋轉(zhuǎn)至另一正交 方向。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于偏振無關(guān)頻率上轉(zhuǎn)換的單光子探測器其特征是設(shè)置信 號(hào)光波長為1550nm，光強(qiáng)為0. 2MW/cm2，泵浦光波長為1064nm，光強(qiáng)為lOMW/cm2 ；根據(jù)準(zhǔn)位相 匹配條件，第一、四部分的周期結(jié)構(gòu)提供的倒格矢用來補(bǔ)償頻率上轉(zhuǎn)換的波矢失配，設(shè)置Ia =11. 62 μ m ；第二部分的周期結(jié)構(gòu)提供的倒格矢用來補(bǔ)償信號(hào)光極化耦合的波矢失配，設(shè) 置Ib = 20. 48 μ m ；第三部分的周期結(jié)構(gòu)提供的倒格矢用來補(bǔ)償和頻光極化耦合的波矢失 配，設(shè)置Ie = 7. 27 μ m ；為將信號(hào)光完全轉(zhuǎn)換為和頻光，設(shè)置Na = 500，第一部分與第四部分 的鈮酸鋰光學(xué)超晶格長度均為IaNa = 5. 8mm ；設(shè)置施加在第二部分與第三部分的外加電源 電場值為710V/mm，為將信號(hào)光的偏振方向在第二部分完全轉(zhuǎn)換為另一正交方向，設(shè)置Nb = 250，第二部分鈮酸鋰光學(xué)超晶格長度為IbNb = 5. Imm ；為將和頻光的偏振方向在第三部分 完全轉(zhuǎn)換為另一正交方向，設(shè)置Nc =沈0，第三部分鈮酸鋰光學(xué)超晶格長度為IeNc= 1. 9mm ； 鈮酸鋰晶體總長度為18. 6mm。
全文摘要
基于偏振無關(guān)頻率上轉(zhuǎn)換的單光子探測器，設(shè)有四部分周期迭合而成的周期極化的鈮酸鋰晶體，其中第一、四部分為相同的周期結(jié)構(gòu)，周期長度為lA，滿足頻率上轉(zhuǎn)換的準(zhǔn)相位匹配條件，周期數(shù)為NA，使信號(hào)光全部轉(zhuǎn)換為和頻光；第二部分為倒格矢用來補(bǔ)償信號(hào)光極化耦合的波矢失配的周期結(jié)構(gòu)，周期長度為lB，滿足信號(hào)光偏振旋轉(zhuǎn)的相位匹配條件；第三部分為倒格矢用來補(bǔ)償和頻光極化耦合的波矢失配的周期結(jié)構(gòu)，周期長度為lC，滿足和頻光偏振旋轉(zhuǎn)的相位匹配條件。外部直流電源加到樣品的第二部分與第三部分的y面上實(shí)現(xiàn)電光系數(shù)的周期性調(diào)制，從而使對(duì)應(yīng)光波的偏振方向發(fā)生旋轉(zhuǎn)。本發(fā)明制備可行，在量子通信、光通信領(lǐng)域可有廣泛的應(yīng)用前景。
文檔編號(hào)G02F1/03GK102147293SQ20101054945
公開日2011年8月10日 申請(qǐng)日期2010年11月18日 優(yōu)先權(quán)日2010年11月18日
發(fā)明者于子硯, 宋曉詩, 徐飛, 王琴, 胡偉, 陸延青 申請(qǐng)人:南京大學(xué)