光学滤波系统、集成双光子量子光源的集成芯片

本发明涉及光量子信息，尤其涉及一种光学滤波系统、集成双光子量子光源的集成芯片。

背景技术：

1、随着光量子信息技术向实际应用发展，利用光子芯片上的波导或谐振腔作为非线性光学媒质的芯片集成双光子量子光源获得了广泛关注。

2、然而，当前的芯片集成双光子量子光源的方案中，往往采用芯片外分立的滤波器件级联搭建来实现将泵浦光滤除，且不能高效、精确的将信号光子和闲频光子分开输出。

3、因此，寻找一种能够集成在芯片上且能够高效、精确将信号光子和闲频光子分开输出的光学滤波系统成为当前研究热点。

技术实现思路

1、本发明提供一种光学滤波系统、集成双光子量子光源的集成芯片，实现了能够集成在芯片上且能够高效、精确将信号光子和闲频光子分开输出。

2、本发明提供一种光学滤波系统，所述光学滤波系统包括窄带带阻滤波器、周期性窄带带通滤波器，以及两个无自由谱区窄带带通滤波器，其中，由泵浦激光形成的纠缠光子对依次经过窄带带阻滤波器、周期性窄带带通滤波器，以及两个无自由谱区窄带带通滤波器处理后，分别输出得到彼此匹配的信号光子和闲频光子，或者由泵浦激光形成的纠缠光子对依次经过周期性窄带带通滤波器、窄带带阻滤波器，以及两个无自由谱区窄带带通滤波器处理后，分别输出得到彼此匹配的信号光子和闲频光子，其中，所述窄带带阻滤波器用于滤除所述泵浦激光；所述周期性窄带带通滤波器用于对产生的宽光谱信号光子和宽光谱闲频光子进行周期性窄带滤波，得到彼此匹配的信号光子和闲频光子；两个所述无自由谱区窄带带通滤波器用于区分出彼此匹配的信号光子和闲频光子。

3、根据本发明提供的一种光学滤波系统，所述窄带带阻滤波器的阻带带宽大于或等于50ghz且小于或等于1thz。

4、根据本发明提供的一种光学滤波系统，所述窄带带阻滤波器的消光比大于或等于80db。

5、根据本发明提供的一种光学滤波系统，所述窄带带阻滤波器包括单个波导布拉格光栅带阻滤波器、级联波导布拉格光栅带阻滤波器、单个微环滤波器、级联微环滤波器、单个非平衡马赫曾德尔干涉仪、级联非平衡马赫曾德尔干涉仪中的任意一种或几种。

6、根据本发明提供的一种光学滤波系统，所述周期性窄带带通滤波器的滤波谱包含多个中心频率等间隔分布的窄带滤波通带，且每个所述窄带滤波通带具有相同的对称谱型，其中，所述窄带滤波通带中至少包括具有第一中心频率的窄带滤波通带，以及具有第二中心频率的窄带滤波通带，且不具有第三中心频率的窄带滤波通带，其中，所述第一中心频率与所述信号光子的中心频率相匹配，所述第二中心频率与所述闲频光子的中心频率相匹配，所述第三中心频率与所述泵浦激光的中心频率相匹配。

7、根据本发明提供的一种光学滤波系统，所述周期性窄带带通滤波器的消光比大于或等于20db。

8、根据本发明提供的一种光学滤波系统，所述周期性窄带带通滤波器包括微环滤波器、非平衡马赫曾德尔干涉仪、波导集成法布里-珀罗滤波器中的任意一种或几种。

9、根据本发明提供的一种光学滤波系统，两个所述无自由谱区窄带带通滤波器包括第一无自由谱区窄带带通滤波器和第二无自由谱区窄带带通滤波器，其中，所述第一无自由谱区窄带带通滤波器的中心频率与所述信号光子的中心频率相匹配，所述第二无自由谱区窄带带通滤波器的中心频率与所述闲频光子的中心频率相匹配。

10、根据本发明提供的一种光学滤波系统，所述第一无自由谱区窄带带通滤波器的通带带宽大于所述周期性窄带带通滤波器中每个窄带滤波通带的带宽，且小于所述周期性窄带带通滤波器中相邻窄带滤波通带的频率间隔。

11、根据本发明提供的一种光学滤波系统，所述第二无自由谱区窄带带通滤波器的通带带宽大于所述周期性窄带带通滤波器中每个窄带滤波通带的带宽，且小于所述周期性窄带带通滤波器中相邻窄带滤波通带的频率间隔。

12、根据本发明提供的一种光学滤波系统，所述第一无自由谱区窄带带通滤波器的消光比大于或等于20db。

13、根据本发明提供的一种光学滤波系统，所述第二无自由谱区窄带带通滤波器的消光比大于或等于20db。

14、根据本发明提供的一种光学滤波系统，第一无自由谱区窄带带通滤波器包括光栅辅助的反向耦合器、光栅辅助的同向耦合器、光栅辅助的波导集成法布里-珀罗滤波器中的任意一种或几种。

15、根据本发明提供的一种光学滤波系统，第二无自由谱区窄带带通滤波器包括光栅辅助的反向耦合器、光栅辅助的同向耦合器、光栅辅助的波导集成法布里-珀罗滤波器中的任意一种或几种。

16、本发明还提供一种集成双光子量子光源的集成芯片，所述集成双光子量子光源的集成芯片包括衬底、光学波导，以及光学滤波系统，其中，所述光学波导设置于所述衬底上，其中，泵浦激光激励所述光学波导，以使所述光学波导基于自发四波混频产生纠缠光子对或基于自发参量下转换产生纠缠光子对；所述光学滤波系统与所述光学波导集成，并与所述光学波导连接；所述衬底设置有两个端口，以使基于所述光学滤波系统滤波处理得到的彼此匹配的信号光子和闲频光子分别沿两个端口输出。

17、根据本发明提供的一种集成双光子量子光源的集成芯片，所述光学波导包括单模硅波导、单模氮化硅波导、单模石英波导、周期极化铌酸锂波导中的任意一种或几种。

18、本发明提供的光学滤波系统、集成双光子量子光源的集成芯片，所述光学滤波系统包括窄带带阻滤波器、周期性窄带带通滤波器，以及两个无自由谱区窄带带通滤波器，其中，由泵浦激光形成的纠缠光子对依次经过窄带带阻滤波器、周期性窄带带通滤波器，以及两个无自由谱区窄带带通滤波器处理后，分别输出得到彼此匹配的信号光子和闲频光子，或者由泵浦激光形成的纠缠光子对依次经过周期性窄带带通滤波器、窄带带阻滤波器，以及两个无自由谱区窄带带通滤波器处理后，分别输出得到彼此匹配的信号光子和闲频光子，其中，所述窄带带阻滤波器用于滤除所述泵浦激光；所述周期性窄带带通滤波器用于对产生的宽光谱信号光子和宽光谱闲频光子进行周期性窄带滤波，得到彼此匹配的信号光子和闲频光子；两个所述无自由谱区窄带带通滤波器用于区分出彼此匹配的信号光子和闲频光子。实现了能够集成在芯片上且能够高效、精确将信号光子和闲频光子分开输出。

技术特征：

1.一种光学滤波系统，其特征在于，所述光学滤波系统包括窄带带阻滤波器、周期性窄带带通滤波器，以及两个无自由谱区窄带带通滤波器，其中，

2.根据权利要求1所述的光学滤波系统，其特征在于，所述窄带带阻滤波器的阻带带宽大于或等于50ghz且小于或等于1thz。

3.根据权利要求1或2所述的光学滤波系统，其特征在于，所述窄带带阻滤波器的消光比大于或等于80db。

4.根据权利要求3所述的光学滤波系统，其特征在于，所述窄带带阻滤波器包括单个波导布拉格光栅带阻滤波器、级联波导布拉格光栅带阻滤波器、单个微环滤波器、级联微环滤波器、单个非平衡马赫曾德尔干涉仪、级联非平衡马赫曾德尔干涉仪中的任意一种或几种。

5.根据权利要求1所述的光学滤波系统，其特征在于，所述周期性窄带带通滤波器的滤波谱包含多个中心频率等间隔分布的窄带滤波通带，且每个所述窄带滤波通带具有相同的对称谱型，其中，所述窄带滤波通带中至少包括具有第一中心频率的窄带滤波通带，以及具有第二中心频率的窄带滤波通带，且不具有第三中心频率的窄带滤波通带，其中，所述第一中心频率与所述信号光子的中心频率相匹配，所述第二中心频率与所述闲频光子的中心频率相匹配，所述第三中心频率与所述泵浦激光的中心频率相匹配。

6.根据权利要求5所述的光学滤波系统，其特征在于，所述周期性窄带带通滤波器的消光比大于或等于20db。

7.根据权利要求5或6所述的光学滤波系统，其特征在于，所述周期性窄带带通滤波器包括微环滤波器、非平衡马赫曾德尔干涉仪、波导集成法布里-珀罗滤波器中的任意一种或几种。

8.根据权利要求1所述的光学滤波系统，其特征在于，两个所述无自由谱区窄带带通滤波器包括第一无自由谱区窄带带通滤波器和第二无自由谱区窄带带通滤波器，其中，所述第一无自由谱区窄带带通滤波器的中心频率与所述信号光子的中心频率相匹配，所述第二无自由谱区窄带带通滤波器的中心频率与所述闲频光子的中心频率相匹配。

9.根据权利要求8所述的光学滤波系统，其特征在于，所述第一无自由谱区窄带带通滤波器的通带带宽大于所述周期性窄带带通滤波器中每个窄带滤波通带的带宽，且小于所述周期性窄带带通滤波器中相邻窄带滤波通带的频率间隔。

10.根据权利要求8所述的光学滤波系统，其特征在于，所述第二无自由谱区窄带带通滤波器的通带带宽大于所述周期性窄带带通滤波器中每个窄带滤波通带的带宽，且小于所述周期性窄带带通滤波器中相邻窄带滤波通带的频率间隔。

11.根据权利要求8所述的光学滤波系统，其特征在于，所述第一无自由谱区窄带带通滤波器的消光比大于或等于20db。

12.根据权利要求8所述的光学滤波系统，其特征在于，所述第二无自由谱区窄带带通滤波器的消光比大于或等于20db。

13.根据权利要求8至12中任意一项所述的光学滤波系统，其特征在于，第一无自由谱区窄带带通滤波器包括光栅辅助的反向耦合器、光栅辅助的同向耦合器、光栅辅助的波导集成法布里-珀罗滤波器中的任意一种或几种。

14.根据权利要求8至12中任意一项所述的光学滤波系统，其特征在于，第二无自由谱区窄带带通滤波器包括光栅辅助的反向耦合器、光栅辅助的同向耦合器、光栅辅助的波导集成法布里-珀罗滤波器中的任意一种或几种。

15.一种集成双光子量子光源的集成芯片，其特征在于，所述集成双光子量子光源的集成芯片包括衬底、光学波导，以及权利要求1至14中任意一项所述的光学滤波系统，其中，

16.根据权利要求15所述的集成双光子量子光源的集成芯片，其特征在于，所述光学波导包括单模硅波导、单模氮化硅波导、单模石英波导、周期极化铌酸锂波导中的任意一种或几种。

技术总结本发明提供一种光学滤波系统、集成双光子量子光源的集成芯片，所述光学滤波系统包括窄带带阻滤波器、周期性窄带带通滤波器，以及两个无自由谱区窄带带通滤波器，其中，由泵浦激光形成的纠缠光子对依次经过窄带带阻滤波器、周期性窄带带通滤波器，以及两个无自由谱区窄带带通滤波器处理后分别输出得到彼此匹配的信号光子和闲频光子，或者由泵浦激光形成的纠缠光子对依次经过周期性窄带带通滤波器、窄带带阻滤波器，以及两个无自由谱区窄带带通滤波器处理后分别输出得到彼此匹配的信号光子和闲频光子。实现了能够集成在芯片上且能够高效、精确将信号光子和闲频光子分开输出。技术研发人员：张巍,金展平,黄翊东,冯雪,刘仿,崔开宇,李永卓,孙皓,黄凤彬,李天航受保护的技术使用者：清华大学技术研发日：技术公布日：2025/1/6