本發(fā)明涉及光量子信息，尤其涉及一種光學(xué)濾波系統(tǒng)、集成雙光子量子光源的集成芯片。

背景技術(shù)：

1、隨著光量子信息技術(shù)向?qū)嶋H應(yīng)用發(fā)展，利用光子芯片上的波導(dǎo)或諧振腔作為非線性光學(xué)媒質(zhì)的芯片集成雙光子量子光源獲得了廣泛關(guān)注。

2、然而，當(dāng)前的芯片集成雙光子量子光源的方案中，往往采用芯片外分立的濾波器件級聯(lián)搭建來實(shí)現(xiàn)將泵浦光濾除，且不能高效、精確的將信號光子和閑頻光子分開輸出。

3、因此，尋找一種能夠集成在芯片上且能夠高效、精確將信號光子和閑頻光子分開輸出的光學(xué)濾波系統(tǒng)成為當(dāng)前研究熱點(diǎn)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明提供一種光學(xué)濾波系統(tǒng)、集成雙光子量子光源的集成芯片，實(shí)現(xiàn)了能夠集成在芯片上且能夠高效、精確將信號光子和閑頻光子分開輸出。

2、本發(fā)明提供一種光學(xué)濾波系統(tǒng)，所述光學(xué)濾波系統(tǒng)包括窄帶帶阻濾波器、周期性窄帶帶通濾波器，以及兩個(gè)無自由譜區(qū)窄帶帶通濾波器，其中，由泵浦激光形成的糾纏光子對依次經(jīng)過窄帶帶阻濾波器、周期性窄帶帶通濾波器，以及兩個(gè)無自由譜區(qū)窄帶帶通濾波器處理后，分別輸出得到彼此匹配的信號光子和閑頻光子，或者由泵浦激光形成的糾纏光子對依次經(jīng)過周期性窄帶帶通濾波器、窄帶帶阻濾波器，以及兩個(gè)無自由譜區(qū)窄帶帶通濾波器處理后，分別輸出得到彼此匹配的信號光子和閑頻光子，其中，所述窄帶帶阻濾波器用于濾除所述泵浦激光；所述周期性窄帶帶通濾波器用于對產(chǎn)生的寬光譜信號光子和寬光譜閑頻光子進(jìn)行周期性窄帶濾波，得到彼此匹配的信號光子和閑頻光子；兩個(gè)所述無自由譜區(qū)窄帶帶通濾波器用于區(qū)分出彼此匹配的信號光子和閑頻光子。

3、根據(jù)本發(fā)明提供的一種光學(xué)濾波系統(tǒng)，所述窄帶帶阻濾波器的阻帶帶寬大于或等于50ghz且小于或等于1thz。

4、根據(jù)本發(fā)明提供的一種光學(xué)濾波系統(tǒng)，所述窄帶帶阻濾波器的消光比大于或等于80db。

5、根據(jù)本發(fā)明提供的一種光學(xué)濾波系統(tǒng)，所述窄帶帶阻濾波器包括單個(gè)波導(dǎo)布拉格光柵帶阻濾波器、級聯(lián)波導(dǎo)布拉格光柵帶阻濾波器、單個(gè)微環(huán)濾波器、級聯(lián)微環(huán)濾波器、單個(gè)非平衡馬赫曾德爾干涉儀、級聯(lián)非平衡馬赫曾德爾干涉儀中的任意一種或幾種。

6、根據(jù)本發(fā)明提供的一種光學(xué)濾波系統(tǒng)，所述周期性窄帶帶通濾波器的濾波譜包含多個(gè)中心頻率等間隔分布的窄帶濾波通帶，且每個(gè)所述窄帶濾波通帶具有相同的對稱譜型，其中，所述窄帶濾波通帶中至少包括具有第一中心頻率的窄帶濾波通帶，以及具有第二中心頻率的窄帶濾波通帶，且不具有第三中心頻率的窄帶濾波通帶，其中，所述第一中心頻率與所述信號光子的中心頻率相匹配，所述第二中心頻率與所述閑頻光子的中心頻率相匹配，所述第三中心頻率與所述泵浦激光的中心頻率相匹配。

7、根據(jù)本發(fā)明提供的一種光學(xué)濾波系統(tǒng)，所述周期性窄帶帶通濾波器的消光比大于或等于20db。

8、根據(jù)本發(fā)明提供的一種光學(xué)濾波系統(tǒng)，所述周期性窄帶帶通濾波器包括微環(huán)濾波器、非平衡馬赫曾德爾干涉儀、波導(dǎo)集成法布里-珀羅濾波器中的任意一種或幾種。

9、根據(jù)本發(fā)明提供的一種光學(xué)濾波系統(tǒng)，兩個(gè)所述無自由譜區(qū)窄帶帶通濾波器包括第一無自由譜區(qū)窄帶帶通濾波器和第二無自由譜區(qū)窄帶帶通濾波器，其中，所述第一無自由譜區(qū)窄帶帶通濾波器的中心頻率與所述信號光子的中心頻率相匹配，所述第二無自由譜區(qū)窄帶帶通濾波器的中心頻率與所述閑頻光子的中心頻率相匹配。

10、根據(jù)本發(fā)明提供的一種光學(xué)濾波系統(tǒng)，所述第一無自由譜區(qū)窄帶帶通濾波器的通帶帶寬大于所述周期性窄帶帶通濾波器中每個(gè)窄帶濾波通帶的帶寬，且小于所述周期性窄帶帶通濾波器中相鄰窄帶濾波通帶的頻率間隔。

11、根據(jù)本發(fā)明提供的一種光學(xué)濾波系統(tǒng)，所述第二無自由譜區(qū)窄帶帶通濾波器的通帶帶寬大于所述周期性窄帶帶通濾波器中每個(gè)窄帶濾波通帶的帶寬，且小于所述周期性窄帶帶通濾波器中相鄰窄帶濾波通帶的頻率間隔。

12、根據(jù)本發(fā)明提供的一種光學(xué)濾波系統(tǒng)，所述第一無自由譜區(qū)窄帶帶通濾波器的消光比大于或等于20db。

13、根據(jù)本發(fā)明提供的一種光學(xué)濾波系統(tǒng)，所述第二無自由譜區(qū)窄帶帶通濾波器的消光比大于或等于20db。

14、根據(jù)本發(fā)明提供的一種光學(xué)濾波系統(tǒng)，第一無自由譜區(qū)窄帶帶通濾波器包括光柵輔助的反向耦合器、光柵輔助的同向耦合器、光柵輔助的波導(dǎo)集成法布里-珀羅濾波器中的任意一種或幾種。

15、根據(jù)本發(fā)明提供的一種光學(xué)濾波系統(tǒng)，第二無自由譜區(qū)窄帶帶通濾波器包括光柵輔助的反向耦合器、光柵輔助的同向耦合器、光柵輔助的波導(dǎo)集成法布里-珀羅濾波器中的任意一種或幾種。

16、本發(fā)明還提供一種集成雙光子量子光源的集成芯片，所述集成雙光子量子光源的集成芯片包括襯底、光學(xué)波導(dǎo)，以及光學(xué)濾波系統(tǒng)，其中，所述光學(xué)波導(dǎo)設(shè)置于所述襯底上，其中，泵浦激光激勵(lì)所述光學(xué)波導(dǎo)，以使所述光學(xué)波導(dǎo)基于自發(fā)四波混頻產(chǎn)生糾纏光子對或基于自發(fā)參量下轉(zhuǎn)換產(chǎn)生糾纏光子對；所述光學(xué)濾波系統(tǒng)與所述光學(xué)波導(dǎo)集成，并與所述光學(xué)波導(dǎo)連接；所述襯底設(shè)置有兩個(gè)端口，以使基于所述光學(xué)濾波系統(tǒng)濾波處理得到的彼此匹配的信號光子和閑頻光子分別沿兩個(gè)端口輸出。

17、根據(jù)本發(fā)明提供的一種集成雙光子量子光源的集成芯片，所述光學(xué)波導(dǎo)包括單模硅波導(dǎo)、單模氮化硅波導(dǎo)、單模石英波導(dǎo)、周期極化鈮酸鋰波導(dǎo)中的任意一種或幾種。

18、本發(fā)明提供的光學(xué)濾波系統(tǒng)、集成雙光子量子光源的集成芯片，所述光學(xué)濾波系統(tǒng)包括窄帶帶阻濾波器、周期性窄帶帶通濾波器，以及兩個(gè)無自由譜區(qū)窄帶帶通濾波器，其中，由泵浦激光形成的糾纏光子對依次經(jīng)過窄帶帶阻濾波器、周期性窄帶帶通濾波器，以及兩個(gè)無自由譜區(qū)窄帶帶通濾波器處理后，分別輸出得到彼此匹配的信號光子和閑頻光子，或者由泵浦激光形成的糾纏光子對依次經(jīng)過周期性窄帶帶通濾波器、窄帶帶阻濾波器，以及兩個(gè)無自由譜區(qū)窄帶帶通濾波器處理后，分別輸出得到彼此匹配的信號光子和閑頻光子，其中，所述窄帶帶阻濾波器用于濾除所述泵浦激光；所述周期性窄帶帶通濾波器用于對產(chǎn)生的寬光譜信號光子和寬光譜閑頻光子進(jìn)行周期性窄帶濾波，得到彼此匹配的信號光子和閑頻光子；兩個(gè)所述無自由譜區(qū)窄帶帶通濾波器用于區(qū)分出彼此匹配的信號光子和閑頻光子。實(shí)現(xiàn)了能夠集成在芯片上且能夠高效、精確將信號光子和閑頻光子分開輸出。

技術(shù)特征：

1.一種光學(xué)濾波系統(tǒng)，其特征在于，所述光學(xué)濾波系統(tǒng)包括窄帶帶阻濾波器、周期性窄帶帶通濾波器，以及兩個(gè)無自由譜區(qū)窄帶帶通濾波器，其中，

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光學(xué)濾波系統(tǒng)，其特征在于，所述窄帶帶阻濾波器的阻帶帶寬大于或等于50ghz且小于或等于1thz。

3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的光學(xué)濾波系統(tǒng)，其特征在于，所述窄帶帶阻濾波器的消光比大于或等于80db。

4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的光學(xué)濾波系統(tǒng)，其特征在于，所述窄帶帶阻濾波器包括單個(gè)波導(dǎo)布拉格光柵帶阻濾波器、級聯(lián)波導(dǎo)布拉格光柵帶阻濾波器、單個(gè)微環(huán)濾波器、級聯(lián)微環(huán)濾波器、單個(gè)非平衡馬赫曾德爾干涉儀、級聯(lián)非平衡馬赫曾德爾干涉儀中的任意一種或幾種。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光學(xué)濾波系統(tǒng)，其特征在于，所述周期性窄帶帶通濾波器的濾波譜包含多個(gè)中心頻率等間隔分布的窄帶濾波通帶，且每個(gè)所述窄帶濾波通帶具有相同的對稱譜型，其中，所述窄帶濾波通帶中至少包括具有第一中心頻率的窄帶濾波通帶，以及具有第二中心頻率的窄帶濾波通帶，且不具有第三中心頻率的窄帶濾波通帶，其中，所述第一中心頻率與所述信號光子的中心頻率相匹配，所述第二中心頻率與所述閑頻光子的中心頻率相匹配，所述第三中心頻率與所述泵浦激光的中心頻率相匹配。

6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的光學(xué)濾波系統(tǒng)，其特征在于，所述周期性窄帶帶通濾波器的消光比大于或等于20db。

7.根據(jù)權(quán)利要求5或6所述的光學(xué)濾波系統(tǒng)，其特征在于，所述周期性窄帶帶通濾波器包括微環(huán)濾波器、非平衡馬赫曾德爾干涉儀、波導(dǎo)集成法布里-珀羅濾波器中的任意一種或幾種。

8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光學(xué)濾波系統(tǒng)，其特征在于，兩個(gè)所述無自由譜區(qū)窄帶帶通濾波器包括第一無自由譜區(qū)窄帶帶通濾波器和第二無自由譜區(qū)窄帶帶通濾波器，其中，所述第一無自由譜區(qū)窄帶帶通濾波器的中心頻率與所述信號光子的中心頻率相匹配，所述第二無自由譜區(qū)窄帶帶通濾波器的中心頻率與所述閑頻光子的中心頻率相匹配。

9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的光學(xué)濾波系統(tǒng)，其特征在于，所述第一無自由譜區(qū)窄帶帶通濾波器的通帶帶寬大于所述周期性窄帶帶通濾波器中每個(gè)窄帶濾波通帶的帶寬，且小于所述周期性窄帶帶通濾波器中相鄰窄帶濾波通帶的頻率間隔。

10.根據(jù)權(quán)利要求8所述的光學(xué)濾波系統(tǒng)，其特征在于，所述第二無自由譜區(qū)窄帶帶通濾波器的通帶帶寬大于所述周期性窄帶帶通濾波器中每個(gè)窄帶濾波通帶的帶寬，且小于所述周期性窄帶帶通濾波器中相鄰窄帶濾波通帶的頻率間隔。

11.根據(jù)權(quán)利要求8所述的光學(xué)濾波系統(tǒng)，其特征在于，所述第一無自由譜區(qū)窄帶帶通濾波器的消光比大于或等于20db。

12.根據(jù)權(quán)利要求8所述的光學(xué)濾波系統(tǒng)，其特征在于，所述第二無自由譜區(qū)窄帶帶通濾波器的消光比大于或等于20db。

13.根據(jù)權(quán)利要求8至12中任意一項(xiàng)所述的光學(xué)濾波系統(tǒng)，其特征在于，第一無自由譜區(qū)窄帶帶通濾波器包括光柵輔助的反向耦合器、光柵輔助的同向耦合器、光柵輔助的波導(dǎo)集成法布里-珀羅濾波器中的任意一種或幾種。

14.根據(jù)權(quán)利要求8至12中任意一項(xiàng)所述的光學(xué)濾波系統(tǒng)，其特征在于，第二無自由譜區(qū)窄帶帶通濾波器包括光柵輔助的反向耦合器、光柵輔助的同向耦合器、光柵輔助的波導(dǎo)集成法布里-珀羅濾波器中的任意一種或幾種。

15.一種集成雙光子量子光源的集成芯片，其特征在于，所述集成雙光子量子光源的集成芯片包括襯底、光學(xué)波導(dǎo)，以及權(quán)利要求1至14中任意一項(xiàng)所述的光學(xué)濾波系統(tǒng)，其中，

16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的集成雙光子量子光源的集成芯片，其特征在于，所述光學(xué)波導(dǎo)包括單模硅波導(dǎo)、單模氮化硅波導(dǎo)、單模石英波導(dǎo)、周期極化鈮酸鋰波導(dǎo)中的任意一種或幾種。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明提供一種光學(xué)濾波系統(tǒng)、集成雙光子量子光源的集成芯片，所述光學(xué)濾波系統(tǒng)包括窄帶帶阻濾波器、周期性窄帶帶通濾波器，以及兩個(gè)無自由譜區(qū)窄帶帶通濾波器，其中，由泵浦激光形成的糾纏光子對依次經(jīng)過窄帶帶阻濾波器、周期性窄帶帶通濾波器，以及兩個(gè)無自由譜區(qū)窄帶帶通濾波器處理后分別輸出得到彼此匹配的信號光子和閑頻光子，或者由泵浦激光形成的糾纏光子對依次經(jīng)過周期性窄帶帶通濾波器、窄帶帶阻濾波器，以及兩個(gè)無自由譜區(qū)窄帶帶通濾波器處理后分別輸出得到彼此匹配的信號光子和閑頻光子。實(shí)現(xiàn)了能夠集成在芯片上且能夠高效、精確將信號光子和閑頻光子分開輸出。

技術(shù)研發(fā)人員：張巍,金展平,黃翊東,馮雪,劉仿,崔開宇,李永卓,孫皓,黃鳳彬,李天航
受保護(hù)的技術(shù)使用者：清華大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/1/6