$$\rightleftharpoonup{xx}$$
$$\longleftharp{xx}$$,
$$\longrightharp{xx}$$,
Запутанный состояние фотонов привлекло значительный интерес к изучению местного реализма в квантовой теории и новых применений квантовой криптографии1,квантового плотного кодирования2,квантового ретранслятора3и квантового телепортации4. Спонтанное параметрическое преобразование (SPDC) — это нелинейный процесс второго порядка, который был введен для непосредственного производства запутанных фотонных пар в состояниях поляризации. В связи с недавними разработками в квази-фазных методов сопоставления, периодически poled KTiOPO4 (ppKTP) и LiNbO3 (ppLN) стали стандартной техникой5. Несколько типов источников запутывания разрабатываются путем объединения этих нелинейных кристаллов с интерферометром Sagnac6,7,8. В частности, схема с ортогонически поляризованными фотонными парами, полученными с помощью гМС типа II, позволяет генерировать безусловные поляризационные фотоны, а также отдельные вырожденные поляризационные фотонные пары на различные оптические режимы без постселективного обнаружения7.
В отличие от этого, тип-0 SPDC имеет преимущество простой установки и высокой эмиссии соотношение фотона пар9. Кроме того, сгенерированные пары фотонов в гМД типа-0 показывают гораздо более широкую пропускную способность, чем фотоны гМС типа II. Общая скорость производства фотонов-пар на мощность насоса единицы на два порядка выше из-за его большой пропускной способности8. Большая пропускная способность коррелированных фотонных пар позволяет очень короткое время совпадения между обнаруженными парами фотона. Это свойство привело к нескольким потенциальным приложениям, таким как квантовая оптическая компора томографии10, для достижения ультракоротких временных корреляций через нелинейные взаимодействия с потоком запутанных фотонов11, метрология методы использования очень узкого падения в квантовой помехе12, квантовой синхронизации часов13,измерение запутанности времени14, и многорежимная частотная запутанность15. Тем не менее, схема с обычным типом-0 SPDC требует условных схем обнаружения6 или длины волны фильтрации8 или пространственного режима фильтрации, чтобы отделить порожденные поляризационно-запутанные фотоны16.
Мы реализовали схему, которая удовлетворяет свойствакактипа-0 и type-II SPDC одновременно на основе нескольких процессов квантовых интерференций17. Детали оптической системы были описаны и экспериментально использованы для измерения параметров, характеризующих генерируемые поляризационные фотоны с использованием минимального количества экспериментальных данных.
Вектор горизонтальной (H) и вертикальной (V) состояния
поляризации может быть написан как и . Все возможные состояния чистой поляризации построены из когерентных суперпозиций этих двух состояний поляризации. Например, диагональ (D), антидиагональ (A), правокруговой (R) и левокруговой (L) свет, соответственно, представлены:
,
, (1)
И
,
H и V называются прямоугольными основаниями поляризации. D и А называются базами диагоналиповой поляризации. R и L называются круговыми базами поляризации. Эти чистые, а также смешанные состояния поляризации могут быть представлены матрицами плотности на основе H- и V-поляризации основания18.
Принцип работы схемы показан на рисунке 1a-e. Лазер вводится в поляризацию sagnac интерферометр состоит из поляризационных сплиттер пучка (PBS), две полуволновые пластины установлен 45o (HWP1) и 22,5o (HWP2), кристалл ppKTP, и зеркала. Поляризация оптики с этой установки работы как для длины волны насоса лазерного поля и вниз преобразованы фотоны.
H-компонент насосного лазера проходит через PBS, как показано на рисунке 1a и круговых поездок установки в часовой стрелке (CW) направлении. Поляризация насосного лазера была перевернута в диагонали (D) состояние через HWP2. Здесь V-компонент насосного лазера работает для вниз-преобразования, и сгенерированные фотоны V-поляризованы с типом-0 SPDC. Состояние поляризации SPDC генерируемых фотонных пар может быть представлено как:
. (2)
Вниз преобразованы фотонные пары H-поляризованы через HWP1 набор до 45o, как показано на рисунке 1b, и состояние поляризации становится:
. (3)
Лазерный луч насоса снова вводил инвертированные пары фотона в ppKTP. Сгенерированные пары фотонов из второго ГСМР появляются v-поляризованы и заменены с фотон-парами, генерируемыми первым исходящими SPDC для коллинейрного оптического режима, как показано на рисунке 1c. Состояние поляризации фотонных пар после второго ГСМР представлено как:
(4)
где
относительная фаза между фотон-парой от первого и второго ГСМР. Фаза не меняется со временем, потому что она определяется дисперсией материала HWP1 между насосным лазером и вниз-преобразованными фотонами, и регулируется путем наклона HWP1. Состояние H (V)-поляризации необращенных фотонов было перевернуто в состояние A (D), как показано в (1). Состояние поляризации фотонных пар hWP2 представлено следующим:
(5)
Когда фаза
устанавливается путем наклона HWP1, только первый срок состояния (5) остается, как показано на рисунке 1d. Это процесс квантовых помех, который соответствует обратному процессу помех Хонг-Оу-Манделя (HOM) поляризацииоснования 19. Когда H-фотон проходит через PBS и V-фотон отражается PBS, состояние поляризации выходных фотонных
пар из PBS представлено как для оптического режима1 и 2, как показано на рисунке 1e.
И наоборот, V-компонент насосного лазера был отражен PBS, как показано на рисунке 1f и круглый споткнулся в направлении против часовой стрелки (CCW). Через аналогичные несколько типов-0 ГСМР процессов и унитарных
преобразований, состояние поляризации выхода из PBS становится . Когда состояние поляризации насосного лазера было подготовлено в диагонали (D) состоянии, относительная фаза между H- и V-компонентами насосного лазера была равна нулю. Таким образом, состояние вывода сгенерированных фотонов с направлений CW и CCW накладывается с теми же амплитудой и представлено как:
. (6)
Состояние вывода представляет собой состояние, запутавое поляризацией, известное как одно из состояний Колокола, и может быть преобразовано в другие три состояния с использованием элементов поляризации оптики7. Используя отношение, показанное в
(1), состояние вывода может быть представлено по диагоналиальным поляризационным базам как:
и круговыми базами
поляризации как: .