本發(fā)明專利技術(shù)公開了一種直接產(chǎn)生雜化糾纏光子對的布拉格反射波導及其應用，通過軟件仿真計算確定各層厚度與模式有效折射率，再據(jù)此制備AlGaAs布拉格反射波導。將其用于制備直接產(chǎn)生雜化糾纏光子對的裝置，該裝置包括：泵浦激光器、偏振控制器、單模透鏡光纖、拉格反射波導、長通濾波器和波分復用。本發(fā)明專利技術(shù)具有糾纏光子對的產(chǎn)生效率高，相位匹配帶寬，插入損耗低，光路結(jié)構(gòu)簡單緊湊，性能穩(wěn)定，易于操作和控制等優(yōu)點，可將激光器與非線性過程集成在一起，形成由電驅(qū)動產(chǎn)生糾纏光的解決方案，為量子光學芯片的集成化、小型化、規(guī)模化提供了有效的方案。規(guī)模化提供了有效的方案。規(guī)?；峁┝擞行У姆桨?。
【技術(shù)實現(xiàn)步驟摘要】
一種直接產(chǎn)生雜化糾纏光子對的布拉格反射波導及其應用
[0001]本專利技術(shù)屬于量子信息科學
，具體涉及一種直接產(chǎn)生雜化糾纏光子對的布拉格反射波導及其應用。
技術(shù)介紹
[0002]硅基電子芯片的結(jié)構(gòu)尺寸已經(jīng)接近原子尺度下芯片的極限，摩爾定律難以繼續(xù)維持。而隨著人工智能、深度學習算法的提出與應用，經(jīng)典的硅基芯片逐漸開始難以滿足人們的需求。隨著量子技術(shù)的不斷發(fā)展，人們寄希望于量子計算芯片能夠帶來更加龐大地計算能力。目前，量子計算芯片還處于研究發(fā)展階段，所使用的材料也各有優(yōu)勢，如量子阱、冷原子、超導材料等等。光子是實現(xiàn)量子信息處理的理想媒介之一，使用光子進行編碼具有以下優(yōu)勢：首先，光子與物質(zhì)之間的相互作用小，使得光子能夠很好的維持量子疊加態(tài)，即具有抵抗退相干的能力；其次，光子具有豐富的自由度，如頻率、偏振、模式、角動量等，而且光子具有高傳輸速度，因此是理想的飛行比特；最后，考慮到當前所使用的傳統(tǒng)光電子器件，光子能夠很好的與現(xiàn)有光纖通信網(wǎng)絡兼容。這些優(yōu)點使得以光子作為信息載體的量子信息技術(shù)在提出后不久便得到廣泛關注。通過量子光路的固態(tài)器件化、小型化和芯片集成，實現(xiàn)大規(guī)?？蓴U展的量子信息處理已經(jīng)成為其走向廣泛應用的必然趨勢。
[0003]砷化鎵半導體材料及其衍生化合物AlGaAs為實現(xiàn)集成量子糾纏芯片提供了一個優(yōu)異的平臺。由于GaAs材料是直接帶隙半導體，與Si基這種間接帶隙半導體相比，能夠?qū)崿F(xiàn)電注入，即不需要在量子光學集成芯片外部引入光源。因此，GaAs半導體不僅可以作為SPDC的介質(zhì)波導，還可以用作自發(fā)參量下轉(zhuǎn)換過程中的泵浦光源。此外，GaAs材料具有較大的二階非線性~ 200 pm/V，寬的透明窗口1
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m，大損傷閾值，以及低線性傳播損耗等優(yōu)點。然而，GaAs作為一種半導體材料，很大的材料色散、缺乏材料雙折射這些原因會導致非線性過程中的相位匹配條件難以實現(xiàn)。
技術(shù)實現(xiàn)思路
[0004]解決的技術(shù)問題：針對上述技術(shù)問題，本專利技術(shù)提供了一種直接產(chǎn)生雜化糾纏光子對的布拉格反射波導及其應用，為量子集成芯片和量子信息處理等領域提供了一種高效、穩(wěn)定、可集成的半導體量子糾纏光源。
[0005]技術(shù)方案：一種直接產(chǎn)生雜化糾纏光子對的布拉格反射波導，通過以下步驟制得：步驟1：設定布拉格反射波導中芯層和周期性包層的厚度猜測值，通過軟件仿真計算找出當前全內(nèi)反射模式TIR的有效折射率；步驟2：將該值代入計算BRW模式有效折射率的程序中，計算得出符合布拉格反射波導理論的各層厚度值；步驟3：再將該計算得到的各層厚度值重新輸入軟件仿真計算得到新的BRW模式有效折射率及全內(nèi)反射模式TIR的有效折射率；步驟4：重復步驟2和3，直至軟件仿真計算得到的BRW模式有效折射率在TIR
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TE模
式有效折射率及TIR
?
TM模式有效折射率之間，且各層厚度值與計算值一致，則可確定最終設計的各層厚度與模式有效折射率；步驟5：在PECVD生長SiO2刻蝕掩膜后，再在SiO2刻蝕掩膜表面上制作光刻膠條形波導掩膜；步驟6：根據(jù)光刻膠掩膜通過ICP刻蝕完成SiO2刻蝕掩膜的制作，再去除光刻膠掩膜；步驟7：根據(jù)SiO2刻蝕掩膜通過ICP刻蝕完成AlGaAs脊形波導刻蝕；步驟8：波導端面解理，并在端面制作增透膜。
[0006]優(yōu)選的，所述步驟6中通過F基ICP刻蝕完成SiO2刻蝕掩膜的制作。
[0007]優(yōu)選的，所述步驟7中通過Cl基ICP刻蝕完成脊形波導刻蝕。
[0008]上述布拉格反射波導在制備直接產(chǎn)生雜化糾纏光子對的裝置中的應用。
[0009]優(yōu)選的，所述裝置包括：泵浦激光器，用于產(chǎn)生窄帶寬的泵浦光；偏振控制器，用于控制泵浦光在輸入時的偏振；單模透鏡光纖，用于將泵浦光束耦合進入AlGaAs布拉格反射波導中；布拉格反射波導，用于為泵浦光提供模式相位匹配條件，通過自發(fā)參量下轉(zhuǎn)換的過程，產(chǎn)生具有偏振和頻率混合糾纏的下轉(zhuǎn)換光子對；長通濾波器，用于抑制輸出端的泵浦光和高頻噪聲；波分復用WDM，用于分離自發(fā)參量下轉(zhuǎn)換輸出的信號和閑置雙光子，得到偏振和頻率糾纏的光子對。
[0010]優(yōu)選的，所述泵浦激光器包括：780nm可調(diào)諧激光器、可調(diào)衰減器和光譜分析儀。
[0011]優(yōu)選的，所述長通濾波器由光纖耦合6個長通濾波鏡片組成。
[0012]優(yōu)選的，所述裝置還包括單光子探測器，用于對波分復用WDM分離得到的偏振和頻率糾纏的光子對進行雙光子符合計數(shù)以及帶寬測量。
[0013]有益效果：本專利技術(shù)充分利用GaAs半導體及其衍生化合物AlGaAs材料的二階光學非線性效應，通過模式相位匹配的自發(fā)參量下轉(zhuǎn)換過程產(chǎn)生偏振和頻率雜化糾纏的光子對。本專利技術(shù)具有糾纏光子對的產(chǎn)生效率高，相位匹配帶寬，插入損耗低，光路結(jié)構(gòu)簡單緊湊，性能穩(wěn)定，易于操作和控制等優(yōu)點。本專利技術(shù)利用
Ⅲ?
V族半導體實現(xiàn)量子糾纏的單光子源，這種布拉格反射波導結(jié)構(gòu)不需要任何的氧化過程，因此可將激光器與非線性過程集成在一起，形成由電驅(qū)動產(chǎn)生糾纏光的解決方案，是實現(xiàn)量子光學芯片單片集成非常好的選擇，為量子光學芯片的集成化、小型化、規(guī)?；峁┝擞行У姆桨?。
附圖說明
[0014]圖1為本專利技術(shù)的布拉格反射波導的脊型結(jié)構(gòu)示意簡圖，由中間的芯層和上下各6個周期的包層組成；圖2為泵浦光在布拉格反射波導中參與自發(fā)參量下轉(zhuǎn)換過程中產(chǎn)生信號光子和閑置光子這一糾纏光子對的物理過程示意圖；圖3為實施例1的一種布拉格反射波導的制備工藝流程圖；圖4為依照本專利技術(shù)在布拉格反射波導上直接產(chǎn)生雜化糾纏光子對的方法示意圖；
圖5為實施例1的偏振和頻率雜化糾纏的量子光源生成的雙光子符合計數(shù)的檢測結(jié)果圖；圖6為實施例1的偏振和頻率雜化糾纏的量子光源生成的下轉(zhuǎn)換光子帶寬的結(jié)果圖。
具體實施方式
[0015]下面結(jié)合附圖和具體實施例對本專利技術(shù)作進一步描述。
[0016]實施例1如圖3所示，通過以下步驟制得一種直接產(chǎn)生雜化糾纏光子對的布拉格反射波導：步驟1：設定布拉格反射波導中芯層和周期性包層的厚度猜測值，通過軟件仿真計算找出當前全內(nèi)反射模式TIR的有效折射率；步驟2：將該值代入計算BRW模式有效折射率的程序中，計算得出符合布拉格反射波導理論的各層厚度值；步驟3：再將該計算得到的各層厚度值重新輸入軟件仿真計算得到新的BRW模式有效折射率及全內(nèi)反射模式TIR的有效折射率；步驟4：重復步驟2和3，直至軟件仿真計算得到的BRW模式有效折射率在TIR
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TE模式有效折射率及TIR
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TM模式有效折射率之間，且各層厚度值與計算值一致，則可確定最終設計的各層厚度與模式有效折射率；步驟5：在PECVD生長SiO2刻蝕掩膜后，再在SiO2刻蝕掩膜表面上制作光刻膠條形波導掩膜；步驟6：根據(jù)光刻膠掩膜通過F基ICP刻蝕完成SiO2刻蝕掩膜的制作，再去除光刻膠掩膜；步驟7：根據(jù)SiO2刻蝕掩膜通過Cl基ICP刻蝕完成AlGaAs脊形波導刻蝕；步驟8：波導端面解理，并在端本文檔來自技高網(wǎng)...
【技術(shù)保護點】
【技術(shù)特征摘要】
1.一種直接產(chǎn)生雜化糾纏光子對的布拉格反射波導，其特征在于，通過以下步驟制得：步驟1：設定布拉格反射波導中芯層和周期性包層的厚度猜測值，通過軟件仿真計算找出當前全內(nèi)反射模式TIR的有效折射率；步驟2：將該值代入計算BRW模式有效折射率的程序中，計算得出符合布拉格反射波導理論的各層厚度值；步驟3：再將該計算得到的各層厚度值重新輸入軟件仿真計算得到新的BRW模式有效折射率及全內(nèi)反射模式TIR的有效折射率；步驟4：重復步驟2和3，直至軟件仿真計算得到的BRW模式有效折射率在TIR
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TE模式有效折射率及TIR
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TM模式有效折射率之間，且各層厚度值與計算值一致，則可確定最終設計的各層厚度與模式有效折射率；步驟5：在PECVD生長SiO2刻蝕掩膜后，再在SiO2刻蝕掩膜表面上制作光刻膠條形波導掩膜；步驟6：根據(jù)光刻膠掩膜通過ICP刻蝕完成SiO2刻蝕掩膜的制作，再去除光刻膠掩膜；步驟7：根據(jù)SiO2刻蝕掩膜通過ICP刻蝕完成AlGaAs脊形波導刻蝕；步驟8：波導端面解理，并在端面制作增透膜。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種直接產(chǎn)生雜化糾纏光子對的布拉格反射波導，其特征在于，所述步驟6中通過F基ICP刻...
【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：經(jīng)旭，牛斌，
申請(專利權(quán))人：中國電子科技集團公司第五十五研究所，
類型：發(fā)明
國別省市：
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