本技術(shù)涉及光調(diào)制，特別是涉及一種偏振保持量子頻率轉(zhuǎn)換裝置和波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換方法。

背景技術(shù)：

1、在原子分子光學(xué)領(lǐng)域中，為了能夠展開(kāi)量子網(wǎng)絡(luò)和分布式量子計(jì)算的研究，通常需要通過(guò)光子的偏振態(tài)實(shí)現(xiàn)量子比特的信息傳遞。但是，不同的原子分子體系在吸收或發(fā)射光子時(shí)，其特定的能級(jí)結(jié)構(gòu)決定了其只能與特定波長(zhǎng)的光子發(fā)生相互作用，不同原子分子體系間需要的光子的波長(zhǎng)可能相差很大。如果想要通過(guò)偏振態(tài)固定的光子連接不同的原子分子體系，就需要實(shí)現(xiàn)寬波段內(nèi)的偏振態(tài)保持不變的光子的波長(zhǎng)的轉(zhuǎn)換，即實(shí)現(xiàn)寬波段內(nèi)的偏振態(tài)保持不變的光子的頻率的轉(zhuǎn)換。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、基于上述問(wèn)題，本技術(shù)提供了一種偏振保持量子頻率轉(zhuǎn)換裝置，可以實(shí)現(xiàn)寬波段內(nèi)的偏振態(tài)保持不變的光子的波長(zhǎng)的轉(zhuǎn)換。

2、本技術(shù)實(shí)施例公開(kāi)了如下技術(shù)方案：

3、本技術(shù)第一方面公開(kāi)一種偏振保持量子頻率轉(zhuǎn)換裝置，所述裝置包括：偏振分束的器件、旋光器件、鍍有金屬反射膜的第一離軸拋物面反射鏡、非線性晶體和鍍有金屬反射膜的第二離軸拋物面反射鏡；

4、其中，所述偏振分束的器件、所述旋光器件、所述第一離軸拋物面反射鏡、所述非線性晶體、所述第二離軸拋物面反射鏡形成環(huán)形結(jié)構(gòu)；所述環(huán)形結(jié)構(gòu)為垂直偏振態(tài)的光束和水平偏振態(tài)的光束提供傳播方向相反的環(huán)形路徑；

5、所述偏振分束的器件，用于將泵浦光和信號(hào)光分離為第一光束和第二光束；所述第一光束是垂直偏振態(tài)的光束，所述第二光束是水平偏振態(tài)的光束；

6、所述旋光器件，用于改變光束的偏振方向；

7、所述第一離軸拋物面反射鏡，用于將所述第一光束耦合到所述非線性晶體，并對(duì)所述第二光束和輸出光進(jìn)行準(zhǔn)直后輸入到所述偏振分束的器件；

8、所述第二離軸拋物面反射鏡，用于將所述第二光束耦合到所述非線性晶體，并對(duì)所述第一光束和所述輸出光進(jìn)行準(zhǔn)直后輸入到所述偏振分束的器件；

9、所述非線性晶體，用于對(duì)所述第一光束進(jìn)行非線性變換或?qū)λ龅诙馐M(jìn)行非線性變換，生成所述輸出光。

10、在一種可選的實(shí)現(xiàn)方式中，所述偏振分束的器件、所述旋光器件、所述第一離軸拋物面反射鏡、所述非線性晶體、所述第二離軸拋物面反射鏡形成環(huán)形結(jié)構(gòu)，具體為：

11、以所述偏振分束的器件為起點(diǎn)，逆時(shí)針?lè)较蛞来畏胖盟龅谝浑x軸拋物面反射鏡、所述非線性晶體、所述第二離軸拋物面反射鏡；

12、所述第一離軸拋物面反射鏡和所述第二離軸拋物面反射鏡分布在所述偏振分束的器件兩側(cè)；所述非線性晶體放置在所述偏振分束的器件的對(duì)側(cè)；

13、所述旋光器件放置在所述偏振分束的器件和所述第一離軸拋物面反射鏡之間，或放置在所述偏振分束的器件和所述第二離軸拋物面反射鏡之間。

14、在一種可選的實(shí)現(xiàn)方式中，所述第一離軸拋物面反射鏡和所述第二離軸拋物面反射鏡均是45度離軸角的離軸拋物面反射鏡。

15、在一種可選的實(shí)現(xiàn)方式中，所述偏振分束的器件是偏振分束器pbs、格蘭棱鏡、沃拉斯頓棱鏡和偏振位移器中的任一種。

16、在一種可選的實(shí)現(xiàn)方式中，所述旋光器件是半波片、?pi相位延時(shí)的菲涅爾菱形相位延遲器和偏振調(diào)節(jié)器中的任一種；所述偏振調(diào)節(jié)器由四分之一波片和目標(biāo)反射鏡組成。

17、在一種可選的實(shí)現(xiàn)方式中，若所述第一離軸拋物面反射鏡和所述第二離軸拋物面反射鏡均是90度離軸角的離軸拋物面反射鏡，所述裝置還包括：第一反射鏡和第二反射鏡；

18、所述偏振分束的器件、所述第一反射鏡、所述旋光器件、所述第一離軸拋物面反射鏡、所述非線性晶體、所述第二離軸拋物面反射鏡和所述第二反射鏡形成所述環(huán)形結(jié)構(gòu)；

19、所述第一反射鏡，用于對(duì)所述第一光束、所述第二光束和所述輸出光進(jìn)行反射；

20、所述第二反射鏡，用于對(duì)所述第一光束、所述第二光束和所述輸出光進(jìn)行反射。

21、在一種可選的實(shí)現(xiàn)方式中，若所述旋光器件是半波片或?pi相位延時(shí)的菲涅爾菱形相位延遲器；所述偏振分束的器件、所述第一反射鏡、所述旋光器件、所述第一離軸拋物面反射鏡、所述非線性晶體、所述第二離軸拋物面反射鏡和所述第二反射鏡形成所述環(huán)形結(jié)構(gòu)，包括：

22、以所述偏振分束的器件為起點(diǎn)，逆時(shí)針?lè)较蛞来畏胖盟龅谝环瓷溏R、所述第一離軸拋物面反射鏡、所述非線性晶體、所述第二離軸拋物面反射鏡和所述第二反射鏡；

23、所述第一離軸拋物面反射鏡和所述第二離軸拋物面反射鏡分布在所述偏振分束的器件的兩側(cè)；

24、所述第一反射鏡和所述第二反射鏡分布在所述偏振分束的器件的兩側(cè)；

25、所述旋光器件放置在所述第一反射鏡和所述第一離軸拋物面反射鏡之間，或者放置在所述第二反射鏡和所述第二離軸拋物面反射鏡之間；

26、所述非線性晶體放置在所述偏振分束的器件的對(duì)側(cè)。

27、在一種可選的實(shí)現(xiàn)方式中，若所述旋光器件是偏振調(diào)節(jié)器，所述偏振調(diào)節(jié)器由四分之一波片和目標(biāo)反射鏡組成，所述偏振分束的器件、所述第一反射鏡、所述旋光器件、所述第一離軸拋物面反射鏡、所述非線性晶體、所述第二離軸拋物面反射鏡和所述第二反射鏡形成所述環(huán)形結(jié)構(gòu)，具體為：

28、以所述偏振分束的器件為起點(diǎn)，逆時(shí)針?lè)较蛞来畏胖盟龅谝环瓷溏R、所述第一離軸拋物面反射鏡、所述非線性晶體、所述第二離軸拋物面反射鏡、所述第二反射鏡；

29、所述第一離軸拋物面反射鏡和所述第二離軸拋物面反射鏡分布在所述偏振分束的器件的兩側(cè)；

30、所述第一反射鏡和所述第二反射鏡分布在所述偏振分束的器件的兩側(cè)；

31、所述非線性晶體和所述偏振調(diào)節(jié)器均放置在所述偏振分束的器件的對(duì)側(cè)，且所述偏振調(diào)節(jié)器在所述偏振分束的器件和所述非線性晶體之間。

32、在一種可選的實(shí)現(xiàn)方式中，所述裝置還包括：第一二向色鏡和第二二向色鏡；所述泵浦光和所述信號(hào)光經(jīng)過(guò)所述第一二向色鏡和所述第二二向色鏡的處理后，輸入到所述偏振分束的器件；

33、所述第一二向色鏡和所述第二二向色鏡的構(gòu)成的二向色鏡組合，還用于基于波長(zhǎng)，對(duì)所述泵浦光、所述輸出光和所述信號(hào)光進(jìn)行分束。

34、本技術(shù)第二方面公開(kāi)了一種波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換方法，所述方法包括：

35、基于信號(hào)光的波長(zhǎng)和輸出光的波長(zhǎng)，確定泵浦光的波長(zhǎng)；

36、將所述泵浦光和所述信號(hào)光輸入到偏振保持量子頻率轉(zhuǎn)換裝置，生成所述輸出光；所述偏振保持量子頻率轉(zhuǎn)換裝置是第一方面任一項(xiàng)所述的裝置。

37、相較于現(xiàn)有技術(shù)，本技術(shù)具有以下有益效果：

38、本技術(shù)中偏振保持量子頻率轉(zhuǎn)換裝置包括兩個(gè)鍍有金屬反射膜的離軸拋物面反射鏡，由于金屬反射膜可以實(shí)現(xiàn)波長(zhǎng)從紫外0.2μm到紅外20μm的光的高效率反射，鍍有金屬反射膜的離軸拋物面反射鏡可以對(duì)寬波段內(nèi)的多個(gè)波長(zhǎng)的光進(jìn)行反射，可以將不同波長(zhǎng)的光的耦合和準(zhǔn)直，所以通過(guò)這兩個(gè)離軸拋物面反射鏡，可以將不同波長(zhǎng)的線偏振光（第一光束或第二光束）很好的耦合到非線性晶體中，盡量消除不同波長(zhǎng)的光束被耦合到非線性晶體中存在的色差問(wèn)題；也可以對(duì)不同波長(zhǎng)的線偏振光（第一光束、第二光束和輸出光）進(jìn)行準(zhǔn)直，輸入到偏振分束的器件，盡量不降低偏振分束的器件的工作性能。同時(shí)，該裝置中偏振分束的器件、旋光器件、第一離軸拋物面反射鏡、非線性晶體、第二離軸拋物面反射鏡形成環(huán)形結(jié)構(gòu)，相當(dāng)于形成了薩格納克環(huán)形光路，具有相位自穩(wěn)定和低損耗的優(yōu)點(diǎn)。

39、因此，本技術(shù)公開(kāi)的偏振保持量子頻率轉(zhuǎn)換裝置，充分結(jié)合了薩格納克環(huán)形光路和鍍有金屬反射膜的離軸拋物面反射鏡的優(yōu)點(diǎn)，可以實(shí)現(xiàn)紫外到紅外光范圍內(nèi)偏振態(tài)保持不變的波長(zhǎng)的轉(zhuǎn)換。