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摘要

中红外波段的单光子源对于下一代量子传感、量子通信和量子成像的研究非常重要. 目前常用的产生中红外单光子源的方法是基于周期极化铌酸锂(periodically poled lithium niobate, PPLN)自发参量下转换过程. 但是, 基于普通PPLN制备的单光子源频域纯度不高, 最高值只有0.82左右, 会影响量子信息处理方案的保真度. 本文利用域设计理论对30 mm长铌酸锂晶体的4000个域进行了定制化排列, 消除了相位匹配函数中的旁瓣, 获得了高斯型的分布. 计算得到的单光子源的频域纯度可达0.99, 可调谐范围为2.7—3.3 μm. 该定制极化铌酸锂(customized poled lithium niobate, CPLN)有望为中红外波段量子信息研究提供性能优异的单光子光源.

关键词:

Abstract

The single-photon source in mid-infrared (MIR) band is very important for the next generation of quantum sensing, quantum communication and quantum imaging. At present, the commonly used method of generating MIR single-photon source is based on the spontaneous parametric down conversion (SPDC) process in the periodically poled lithium niobate (PPLN) crystal. However, the spectral purity of single-photon source based on the ordinary PPLN is not high, specifically, its maximum value is only about 0.82, which affects the fidelity of quantum information processing scheme. In this paper, 4000 polarized domains in a 30-mm-long LN crystal are customized by using the domain design theory. The sidelobes in the phase matching function are eliminated, and the Gaussian distribution is obtained. The calculated spectral purity of the single-photon source can reach 0.99, and its tunable range is 2.7–3.3 μm. The customized poled lithium niobate (CPLN) is expected to provide a single-photon source with excellent performance for the study of quantum information in the MIR band.

Keywords:

作者及机构信息

通信作者:郝向英,xyhao.321@163.com; 金锐博,jin@wit.edu.cn

基金项目:国家自然科学基金(批准号: 12074299, 91836102, 11704290)资助的课题.

Authors and contacts

Corresponding author:Hao Xiang-Ying,xyhao.321@163.com; Jin Rui-Bo,jin@wit.edu.cn

Funds:Project supported by the National Natural Science Foundation of China (Grant Nos. 12074299, 91836102, 11704290)

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