一种高维纠缠态的转接装置和高维纠缠光源装置的制作方法

本技术实施例涉及光学通信，尤其涉及一种高维纠缠态的转接装置和高维纠缠光源装置。

背景技术：

1、量子纠缠态作为量子通信领域的重要资源，被广泛应用于各种通信协议的设计与研究。相对于二维量子态，高维量子态的希尔伯特空间更大，信息容量更高。在通信速率相同的前提下，每一个高维量子态理论上可以比二维量子态传输更多的信息比特。光子作为量子信息技术的载体有多种优势，它与环境弱耦合，容易实现高保真度的单比特操作。另外，光子在传输中有着独特的优势，在需要远距离传输的量子通信网络中发挥重要的作用。片上高维路径纠缠光源是近年来发展起来的一种重要高维纠缠源，采用光学集成技术将复杂的光路集成在单个光量子芯片上，使光学线路的稳定性得到显著提高。片上高维路径纠缠光源包括多个路径和多个输出端口，对应多个量子态的维度，用于产生高维的纠缠态光子。

2、目前，片上高维路径纠缠光源仍然多用于实验中的平台演示和原理性检验，由于芯片的尺寸受限而且成本较高，不适合远距离传输，难以用于远程量子通信或者量子力学基本问题检验。

3、将片上光信息转接到光纤中传输，是一种比较可行的高维纠缠态传输方式，不过也存在以下问题。第一，普通光纤传输，容易因为光纤的变形、环境温度等因素导致不同光纤中光子的特性变化不一致(如相位变化)，从而破坏原来的高维纠缠态，传输稳定性较差。第二，将片上光信息转接到光纤一般需要采用边缘耦合或光栅耦合将片上光信息耦合至光纤中传输，这些连接方式属于固定连接方式，一旦封装完成，高维纠缠光源与使用纠缠光子的量子信息处理装置必须连接在一起，使得系统变得庞大复杂，每个量子信息处理装置必须单独制作高维纠缠光源并且固定连接，成本较高。因为是固定连接，在高维量子信息处理中(如高维量子通信或高维量子计算),一方面一个高维纠缠光源所服务的量子信息处理装置种类、数量受限，另一方面量子信息处理装置所使用的纠缠光源也受限(只能采用一种高维纠缠光源，不具有通用性)，这样就限制了高维纠缠光源的应用。

技术实现思路

1、本实用新型提供一种高维纠缠态的转接装置和高维纠缠光源装置，以提高通信传输的稳定性、降低成本以及提升操作便利性和应用灵活度。

2、根据本实用新型的一方面，提供了一种高维纠缠态的转接装置，高维纠缠态的转接装置包括：耦合装置和出射装置；

3、所述耦合装置包括：基板、透镜阵列以及光纤连接器；

4、所述光纤连接器包括壳体、陶瓷头光纤阵列以及位于所述壳体上的插针，所述壳体倒扣在所述基板上与所述基板形成空腔，所述透镜阵列设置在所述空腔中；

5、所述壳体包括多个通孔，所述陶瓷头光纤阵列贯穿所述多个通孔且其端部与所述透镜阵列之间存在间隙；

6、所述出射装置包括：插板、三维波导耦合器和多芯光纤；

7、所述插板的底部设置多个限位凹槽，所述限位凹槽与所述插针适配，将所述耦合装置与所述出射装置固定连接，所述三维波导耦合器固定在所述插板中，所述多芯光纤设置在所述三维波导耦合器上，所述三维波导耦合器用于耦合连接所述陶瓷头光纤阵列和所述多芯光纤。

8、可选地，所述耦合装置还包括芯片限位槽，所述芯片限位槽设置在所述基板和所述透镜阵列之间。

9、可选地，所述壳体包括壳体侧壁和壳体顶部，所述壳体侧壁设置在所述基板上，所述壳体顶部设置在所述壳体侧壁上，所述多个通孔设置在所述壳体顶部。

10、可选地，所述透镜阵列包括多个透镜，所述透镜之间的间距范围为200um-300um。

11、可选地，所述透镜阵列还包括保护层，所述保护层填充在所述透镜之间。

12、可选地，所述耦合装置还包括卡口结构，所述卡口结构为环形凹槽或凸起，所述环形凹槽或所述凸起邻近所述壳体侧壁的位置设置至少一个弹簧片。

13、可选地，所述陶瓷头光纤阵列包括多个陶瓷头光纤，所述多个陶瓷头光纤间隔分布，所述多个陶瓷头光纤的端部位于同一平面上。

14、根据本实用新型的另一方面，提供了一种高维纠缠光源装置，该高维纠缠光源装置包括上述一方面中任一所述的高维纠缠态的转接装置以及高维量子态光芯片；

15、所述高维量子态光芯片包括多个光栅耦合器，所述多个光栅耦合器阵列排布且位于同一平面上，所述光栅耦合器之间的间距范围为200um-300um。

16、可选地，所述光栅耦合器的光出射角度与所述高维量子态光芯片表面的垂线之间的夹角包括10°。

17、可选地，所述高维量子态光芯片为高维纠缠光源芯片或量子计算芯片。

18、本实用新型实施例的技术方案，提出一种由基板、透镜阵列、壳体、陶瓷头光纤阵列构成的耦合装置，由插板、三维波导耦合器、多芯光纤构成的出射装置，耦合装置和出射装置组成高维纠缠态的转接装置，具有可插拔结构使用方便，多芯光纤高维纠缠态稳定传输的优点。通过采用光栅阵列+透镜阵列+光纤阵列的耦合方式，耦合更加高效稳定；采用多芯光纤，由于多芯光纤各纤芯外界条件一致，使得所传输的多个路径的量子态稳定传播，纠缠态不易被破坏；多芯光纤的接头采用可插拔的设计，提升操作便利性和应用灵活度。综上所述，本实用新型解决了现有高维纠缠态的转接装置存在传输稳定性较差、成本较高以及应用受限的问题。

19、应当理解，本部分所描述的内容并非旨在标识本实用新型的实施例的关键或重要特征，也不用于限制本实用新型的范围。本实用新型的其它特征将通过以下的说明书而变得容易理解。

技术特征：

1.一种高维纠缠态的转接装置，其特征在于，包括：耦合装置和出射装置；

2.根据权利要求1所述的转接装置，其特征在于，所述耦合装置还包括芯片限位槽，所述芯片限位槽设置在所述基板和所述透镜阵列之间。

3.根据权利要求1所述的转接装置，其特征在于，所述壳体包括壳体侧壁和壳体顶部，所述壳体侧壁设置在所述基板上，所述壳体顶部设置在所述壳体侧壁上，所述多个通孔设置在所述壳体顶部。

4.根据权利要求1所述的转接装置，其特征在于，所述透镜阵列包括多个透镜，所述透镜之间的间距范围为200um-300um。

5.根据权利要求4所述的转接装置，其特征在于，所述透镜阵列还包括保护层，所述保护层填充在所述透镜之间。

6.根据权利要求3所述的转接装置，其特征在于，所述耦合装置还包括卡口结构，所述卡口结构为环形凹槽或凸起，所述环形凹槽或所述凸起邻近所述壳体侧壁的位置设置至少一个弹簧片。

7.根据权利要求1所述的转接装置，其特征在于，所述陶瓷头光纤阵列包括多个陶瓷头光纤，所述多个陶瓷头光纤间隔分布，所述多个陶瓷头光纤的端部位于同一平面上。

8.一种高维纠缠光源装置，其特征在于，包括权利要求1-7任一项所述的高维纠缠态的转接装置以及高维量子态光芯片；

9.根据权利要求8所述的高维纠缠光源装置，其特征在于，所述光栅耦合器的光出射角度与所述高维量子态光芯片表面的垂线之间的夹角包括10°。

10.根据权利要求8所述的高维纠缠光源装置，其特征在于，所述高维量子态光芯片为高维纠缠光源芯片或量子计算芯片。

技术总结
本技术实施例公开了一种高维纠缠态的转接装置和高维纠缠光源装置。高维纠缠态的转接装置包括耦合装置和出射装置；耦合装置包括：基板、透镜阵列以及光纤连接器；光纤连接器包括壳体、陶瓷头光纤阵列以及位于壳体上的插针，壳体倒扣在基板上与基板形成空腔，透镜阵列设置在空腔中；出射装置包括：插板、三维波导耦合器和多芯光纤；插板的底部设置多个限位凹槽，限位凹槽与插针适配，将耦合装置与出射装置固定连接，三维波导耦合器固定在插板中，多芯光纤设置在三维波导耦合器上，三维波导耦合器用于耦合连接陶瓷头光纤阵列和多芯光纤。本技术可以提高通信传输的稳定性、降低成本以及提升操作便利性和应用灵活度。

技术研发人员：丁禹阳,刘午,周志伟
受保护的技术使用者：合肥硅臻芯片技术有限公司
技术研发日：20231019
技术公布日：2024/9/2