一种真空压缩态脉冲产生装置的制作方法

本发明涉及量子光学领域，更具体地，涉及一种真空压缩态脉冲产生装置。

背景技术：

1、基于时分复用的连续可变压缩态光子产生是实现大规模量子信息处理的关键技术之一。为了同时满足时分复用和连续可变两个需求，需要顺序产生时分复用压缩光脉冲的量子光源；然而，传统的量子信息处理使用固定光源，只能输出具有相同压缩电平和相位的压缩态脉冲。在基于时分复用的连续可变压缩态光子的量子信息处理方案中，需要顺序产生时分复用真空压缩态脉冲的量子光源来为大规模量子信息任务准备初始状态。特别是，时分复用压缩光源是各种大规模量子信息任务的关键推动因素，因为压缩状态是纠缠合成和量子操作的基础。一般来说，执行各种大规模量子信息任务时，每个脉冲都应该有不同的压缩状态。然而，时分复用真空压缩态脉冲产生依赖使用具有恒定泵浦功率的光学参量振荡器来产生具有相同压缩水平和相位的压缩脉冲。这种固定压缩光源严重限制了可能的大规模量子信息任务，例如，基于循环的量子计算、高斯-波色采样和量子储层计算。这种限制可以通过光子压缩状态变化，结合可编程时分复用来克服。对于现有量子信息处理系统，提高其大规模处理能力，受限需要在光源测层面，能够逐个脉冲调控压缩电平和相位来顺序产生时分复用压缩态脉冲，并且脉冲间隔应该在几十到几百纳秒之间可调，这一参数对应了当前时分复用真空压缩态脉冲所需的典型时间尺度。而后，是能够实现使用软件编程控制压缩态脉冲序列的模式控制，以便在不更改硬件配置的情况下执行各种大规模量子信息任务。而现有的技术框架下，构建这种光源的通用手段是并行操作多个光参量振荡器，并通过光开关将这些输出状态通过时分复用的方式耦合到单个计算环路中。显然，这种通过光参量振荡器并行的设计方案需要大量的光参量振荡器，并付出额外的开关损耗，这会降低对损耗敏感的压缩状脉冲的质量。

技术实现思路

1、本发明针对现有技术中存在的技术问题，提供一种真空压缩态脉冲产生装置，包括单频激光器、泵浦光产生模块、信号光产生模块、本振光产生模块、光参量放大模块、差频探测器和泵浦光调制模块；

2、所述单频激光器，用于产生单频激光，并分别输入所述泵浦光产生模块、信号光产生模块和本振光产生模块；

3、所述泵浦光产生模块，用于在泵浦光调制模块输出信号的控制下，产生脉冲幅度和相位可控的泵浦脉冲；

4、所述信号光产生模块，用于对单频激光提供相位调制和时序控制信号，并产生与所述泵浦脉冲相位锁定和时序同步的信号光；

5、所述本振光产生模块，用于产生本振光，用于产生本振信号光；

6、所述光参量放大模块，用于根据所述泵浦脉冲和信号光，基于非线性晶体的参量增益，在双色场的作用下产生压缩态脉冲，并将所述压缩态脉冲分为三束，第一束直接输出，第二束作为泵浦脉冲和信号光的相位锁定控制信号，第三束作为诊断光输入所述差频探测器；

7、所述差频探测器，用于根据所述本振光和诊断光，输出射频拍频信号，作为反馈控制本振信号光的相位锁定控制信号。

8、在上述技术方案的基础上，本发明还可以作出如下改进。

9、可选的，所述单频激光器为具有mhz线宽的连续激光器，所述单频激光器为光纤激光器、半导体激光器或固体激光器。

10、可选的，所述泵浦光产生模块包括移频声光调制器、幅度调制声光调制器和倍频晶体，在驱动信号的作用下，完成对单频激光的频移、幅度调制和频率变换。

11、可选的，所述移频声光调制器为声光器件，在第一射频脉冲信号的驱动下，改变单频激光的输入频率，改变后的输入频率等于所述第一射频脉冲信号的频率；

12、所述幅度调制声光调制器为声光器件，在第二射频脉冲信号的驱动下，改变单频激光的输入频率并产生脉冲信号，改变后的频率等于第二射频脉冲信号的频率，产生的所述脉冲信号的重复频率和脉冲宽度根据所述第二射频脉冲信号决定；

13、所述倍频晶体为非线性晶体，能够将输入光信号的频率加倍输出。

14、可选的，所述泵浦光调制模块包括参考频率源、第一功率放大器、第二功率放大器、混频器和任何波形发生器；

15、所述参考频率源分别与第一功率放大器和混频器连接，为移频声光调制器和幅度调制声光调制器提供驱动频率；

16、所述第二功率放大器与幅度调制声光调制器连接，为泵浦光移频提供驱动信号；

17、所述任意波形发生器和所述参考频率源的信号在混频器中进行混频，为所述幅度调制声光调制器提供工作所需的高功率的第二射频脉冲信号，以及脉冲相位和幅度调制的控制信号。

18、可选的，所述参考频率源输出单一频点的射频信号，为压控振荡器vco、恒温晶体振荡器ocxo或信号发生器。

19、可选的，所述任意波形发生器的输出幅度决定泵浦脉冲的幅度和频移量，当任意波形发生器的输出幅度相对相干态基准电压为负时，输出光子表现为振幅压缩；当任意波形发生器的输出幅度相对相干态基准电压为正时，输出光子表现为相位压缩；其中，输出光子压缩的幅度与任意波形发生器的输出幅度的绝对值相关，输出光子的输出符号决定压缩态脉冲的幅度和相位压缩方向。

20、本发明提供的一种真空压缩态脉冲产生装置，泵浦光产生模块经过倍频和移频后，产生的脉冲幅度和时序由泵浦光调制模块控制，信号光产生模块提供产生压缩态所需的相位调制和时序控制；泵浦光和信号光的相位锁定且时序同步，在光参量放大模块进行参量放大产生压缩态脉冲。本发明基于脉冲泵浦调制光参量放大技术，通过精确的相位和脉冲调控，实现泵浦和信号光间的精密时序和相位控制，基于该装置可以产生低于脉冲间隔可控的各种压缩级别和相位的顺序真空压缩态脉冲，生成脉冲的模式可以由软件任意选择而不改变其硬件配置。

技术特征：

1.一种真空压缩态脉冲产生装置，其特征在于，包括单频激光器、泵浦光产生模块、信号光产生模块、本振光产生模块、光参量放大模块、差频探测器和泵浦光调制模块；

2.根据权利要求1所述的真空压缩态脉冲产生装置，其特征在于，所述单频激光器为具有mhz线宽的连续激光器，所述单频激光器为光纤激光器、半导体激光器或固体激光器。

3.根据权利要求1所述的真空压缩态脉冲产生装置，其特征在于，所述泵浦光产生模块包括移频声光调制器、幅度调制声光调制器和倍频晶体，在驱动信号的作用下，完成对单频激光的频移、幅度调制和频率变换。

4.根据权利要求3所述的真空压缩态脉冲产生装置，其特征在于，

5.根据权利要求1所述的真空压缩态脉冲产生装置，其特征在于，所述泵浦光调制模块包括参考频率源、第一功率放大器、第二功率放大器、混频器和任何波形发生器；

6.根据权利要求5所述的真空压缩态脉冲产生装置，其特征在于，所述参考频率源输出单一频点的射频信号，为压控振荡器vco、恒温晶体振荡器ocxo或信号发生器。

7.根据权利要求5所述的真空压缩态脉冲产生装置，其特征在于，所述任意波形发生器的输出幅度决定泵浦脉冲的幅度和频移量，当任意波形发生器的输出幅度相对相干态基准电压为负时，输出光子表现为振幅压缩；当任意波形发生器的输出幅度相对相干态基准电压为正时，输出光子表现为相位压缩；其中，输出光子压缩的幅度与任意波形发生器的输出幅度的绝对值相关，输出光子的输出符号决定压缩态脉冲的幅度和相位压缩方向。

技术总结
本发明提供一种真空压缩态脉冲产生装置，包括单频激光器、泵浦光产生模块、信号光产生模块、本振光产生模块、光参量放大模块、差频探测器和泵浦光调制模块，泵浦光产生模块经过倍频和移频后，产生的脉冲幅度和时序由泵浦光调制模块控制，信号光产生模块提供产生压缩态所需的相位调制和时序控制；泵浦光和信号光的相位锁定且时序同步，在光参量放大模块进行参量放大产生压缩态脉冲。本发明基于脉冲泵浦调制光参量放大技术，通过精确的相位和脉冲调控，实现泵浦和信号光间的精密时序和相位控制，基于该装置可以产生低于脉冲间隔可控的各种压缩级别和相位的顺序真空压缩态脉冲，生成脉冲的模式可以由软件任意选择而不改变其硬件配置。

技术研发人员：刘洋,杨经义
受保护的技术使用者：武汉中科锐择光电科技有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/14