本技術涉及光調制，特別是涉及一種偏振保持量子頻率轉換裝置和波長轉換方法。

背景技術：

1、在原子分子光學領域中，為了能夠展開量子網(wǎng)絡和分布式量子計算的研究，通常需要通過光子的偏振態(tài)實現(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，其特定的能級結構決定了其只能與特定波長的光子發(fā)生相互作用，不同原子分子體系間需要的光子的波長可能相差很大。如果想要通過偏振態(tài)固定的光子連接不同的原子分子體系，就需要實現(xiàn)寬波段內的偏振態(tài)保持不變的光子的波長的轉換，即實現(xiàn)寬波段內的偏振態(tài)保持不變的光子的頻率的轉換。

技術實現(xiàn)思路

1、基于上述問題，本技術提供了一種偏振保持量子頻率轉換裝置，可以實現(xiàn)寬波段內的偏振態(tài)保持不變的光子的波長的轉換。

2、本技術實施例公開了如下技術方案：

3、本技術第一方面公開一種偏振保持量子頻率轉換裝置，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)形結構；所述環(huán)形結構為垂直偏振態(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，并對所述第二光束和輸出光進行準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，并對所述第一光束和所述輸出光進行準直后輸入到所述偏振分束的器件；

9、所述非線性晶體，用于對所述第一光束進行非線性變換或對所述第二光束進行非線性變換，生成所述輸出光。

10、在一種可選的實現(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)形結構，具體為：

11、以所述偏振分束的器件為起點，逆時針方向依次放置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；

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；所述非線性晶體放置在所述偏振分束的器件的對側；

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

17、在一種可選的實現(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)形結構；

19、所述第一反射鏡，用于對所述第一光束、所述第二光束和所述輸出光進行反射；

20、所述第二反射鏡，用于對所述第一光束、所述第二光束和所述輸出光進行反射。

21、在一種可選的實現(xiàn)方式中，若所述旋光器件是半波片或?pi相位延時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)形結構，包括：

22、以所述偏振分束的器件為起點，逆時針方向依次放置所述第一反射鏡、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；

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；

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側。

27、在一種可選的實現(xiàn)方式中，若所述旋光器件是偏振調節(jié)器，所述偏振調節(jié)器由四分之一波片和目標反射鏡組成，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)形結構，具體為：

28、以所述偏振分束的器件為起點，逆時針方向依次放置所述第一反射鏡、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；

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；

31、所述非線性晶體和所述偏振調節(jié)器均放置在所述偏振分束的器件的對側，且所述偏振調節(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光經(jīng)過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成的二向色鏡組合，還用于基于波長，對所述泵浦光、所述輸出光和所述信號光進行分束。

34、本技術第二方面公開了一種波長轉換方法，所述方法包括：

35、基于信號光的波長和輸出光的波長，確定泵浦光的波長；

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

37、相較于現(xiàn)有技術，本技術具有以下有益效果：

38、本技術中偏振保持量子頻率轉換裝置包括兩個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現(xiàn)波長從紫外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寬波段內的多個波長的光進行反射，可以將不同波長的光的耦合和準直，所以通過這兩個離軸拋物面反射鏡，可以將不同波長的線偏振光（第一光束或第二光束）很好的耦合到非線性晶體中，盡量消除不同波長的光束被耦合到非線性晶體中存在的色差問題；也可以對不同波長的線偏振光（第一光束、第二光束和輸出光）進行準直，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，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)形結構，相當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。

39、因此，本技術公開的偏振保持量子頻率轉換裝置，充分結合了薩格納克環(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，可以實現(xiàn)紫外到紅外光范圍內偏振態(tài)保持不變的波長的轉換。