偏振纠缠光子对的产生方法及装置

摘要

一种偏振纠缠光子对的产生方法及装置，属于光通信技术领域。通过将输入的一束光子分为相同能量的两束光子，并将两束光子转换成具有相同偏振态的TE模偏振光子对，进而将其中一束TE模偏振光子对转换为TM模偏振光子对，进一步通过将TE模偏振光子对和TM模偏振光子对叠加得到偏振纠缠光子对。突破了现有技术中偏振纠缠光子对仅产生于圆锥形光束交叠区域的不足，所产生的TE模和TM模偏振光子对全部用于生成偏振纠缠光子对，提高了偏振纠缠光子对的产生效率，且TE模和TM模偏振光子对的能量相同，因而纠缠光源的亮度较高。另外，该装置结构简单且可固化在硅基光波导芯片中，相位相对稳定。

权利要求

1.一种偏振纠缠光子对的产生装置，其特征在于，所述装置包括：分束器、光子对产生模块、基模转换模块及偏振转换器；

所述分束器包括输入端、第一输出端及第二输出端，所述分束器将所述输入端输入的光子束分成能量相同的第一光子束和第二光子束，所述第一光子束经所述第一输出端输出，所述第二光子束经所述第二输出端输出；

所述光子对产生模块包括第一光子对产生单元和第二光子对产生单元，所述第一光子对产生单元与所述第一输出端相连，能够触发所述第一光子束生成第一TE模偏振光子对，所述第二光子对产生单元与所述第二输出端相连，能够触发所述第二光子束生成第二TE模偏振光子对；

所述基模转换模块包括第一基模转换单元和第二基模转换单元，所述第一基模转换单元与所述第一光子对产生单元相连，能够将所述第一TE模偏振光子对转换为第一TE基模偏振光子对，所述第二基模转换单元与所述第二光子对产生单元相连，能够将所述第二TE模偏振光子对转换为第二TE基模偏振光子对；

所述偏振转换器包括第一偏振转换单元和第二偏振转换单元，所述第一偏振转换单元与所述第一基模转换单元相连，能够将所述第一TE基模偏振光子对耦合到所述第二偏振转换单元中，所述第二偏振转换单元与所述第二基模转换单元相连，能够在所述第一偏振转换单元中的第一TE基模偏振光子对与所述第二偏转转换单元中的TM基模偏振光子对的有效折射率相等的情况下，将所述第一TE基模偏振光子对转换为第一TM基模偏振光子对，并将所述第一TM基模偏振光子对和所述第二TE基模偏振光子对叠加为偏振纠缠光子对，输出所述偏振纠缠光子对，所述偏振转换器为基于不对称定向耦合器的偏振转换器。

2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述分束器为Y型分束器。

3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述分束器为多模干涉器，所述多模干涉器还包括多模波导区域，所述多模波导区域连接所述输入端、所述第一输出端及所述第二输出端。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的装置，其特征在于，所述分束器、所述光子对产生模块、所述基模转换模块及所述偏振转换器均由二氧化硅包层和硅纳米线构成。

5.根据权利要求4所述的装置，其特征在于，所述光子对产生模块中的硅纳米线弯曲环绕在二氧化硅包层内，且所述第一光子对产生单元和所述第二光子对产生单元中的硅纳米线的结构相同。

6.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，所述第一光子对产生单元和所述第二光子对产生单元的硅纳米线均呈螺旋分布。

7.根据权利要求4所述的装置，其特征在于，所述基模转换模块中的硅纳米线呈锥形分布。

8.根据权利要求7所述的装置，其特征在于，所述第一基模转换单元中的硅纳米线的宽度小于所述第二基模转换单元中的硅纳米线的宽度。

9.一种偏振纠缠光子对的产生方法，其特征在于，所述方法应用上述权利要求1至8任一项所述的偏振纠缠光子对的产生装置，所述方法包括：所述分束器将所述输入端输入的光子束分为能量相同的第一光子束和第二光子束，所述第一输出端将所述第一光子束传输至所述第一光子对产生单元，所述第一光子对产生单元触发所述第一光子束生成第一TE模偏振光子对，并将所述第一TE模偏振光子对传输至所述第一基模转换单元，所述第二输出端将所述第二光子束传输至所述第二光子对产生单元，所述第二光子对产生单元触发所述第二光子束生成第二TE模偏振光子对，并将所述第二TE模偏振光子对传输至所述第二基模转换单元；

所述第一基模转换单元将所述第一TE模偏振光子对转换为第一TE基模偏振光子对，并将所述第一TE基模偏振光子对传输至所述第一偏振转换单元，所述第二基模转换单元将所述第二TE模偏振光子对转换为第二TE基模偏振光子对，并将所述第二TE基模偏振光子对传输至所述第二偏振转换单元；

所述第一偏振转换单元将所述第一TE基模偏振光子对耦合到所述第二偏振转换单元中，所述第二偏振转换单元在所述第一偏振转换单元中的第一TE基模偏振光子对与所述第二偏转转换单元中的TM基模偏振光子对的有效折射率相等的情况下，将所述第一TE基模偏振光子对转换为第一TM基模偏振光子对，并将所述第一TM基模偏振光子对和所述第二TE基模偏振光子对叠加为偏振纠缠光子对，输出所述偏振纠缠光子对，所述偏振转换器为基于不对称定向耦合器的偏振转换器。

说明书

偏振纠缠光子对的产生方法及装置

技术领域

[0001] 本发明涉及光通信技术领域，特别涉及一种偏振纠缠光子对的产生方法及装置。

背景技术

[0002] 量子纠缠是量子信息处理中最为重要的资源，它是多粒子构成的复合系统中的一类特殊量子态。量子纠缠中的纠缠源包括光子、电子、离子等。由于光子的相干性比较好，纠缠光子成为常用的量子纠缠源。光子具有不同自由度，例如，偏振自由度、路径自由度、角动量自由度等，每个自由度都可以用来编码信息。由于偏振自由度可以通过波片进行灵活地操控，因而基于偏振自由度的偏振纠缠光子对在量子信息处理中得到了广泛应用。

[0003] 当前主要利用SOI(Silicon On Insulator，绝缘体上的硅)的光波导，基于硅材料的三阶非线性，泵浦光子发生自发四波混频过程，产生关联光子对。然而在硅线波导中，由于TE模(Transsverse Electric mode，横电模)和TM模(Transsverse Magnetic mode，横磁模)存在较大的双折射效应，TE模偏振光子对的产生效率比TM模偏振光子对的产生效率要大，导致硅线波导中产生的偏振光子对几乎全部为TE模偏振光子对。为了获取到偏振纠缠光子对，需要对偏振光子对的产生方法进行改进。

[0004] 图1示出了一种基于二阶非线性晶体的自发参量下转换过程产生偏振纠缠光子对的方法。参见图1，当一束波长较短的泵浦光子入射到二阶非线性晶体上，光子发生自发参量下转换过程，劈裂为两个能量较低的光子。这两个光子一个为水平方向的偏振光子，另一个为竖直方向的偏振光子，且两个光子的出射方向为图1中的两个圆锥所指示的方向，两个圆锥交叠的区域的光子对能够叠加为偏振纠缠光子对。

[0005] 在实现本发明的过程中，发明人发现现有技术至少存在以下问题：

[0006] 仅两个圆锥交叠区域内的光子对才能产生偏振纠缠光子对，其他区域的光子无法被利用，导致偏振纠缠光子对的产生效率较低，纠缠光源的亮度较低。且该装置结构复杂，全部利用体块光学的方法，光路需要精细调节，相位不稳定。

发明内容

[0007] 为了解决现有技术的问题，本发明实施例提供了一种偏振纠缠光子对的产生方法及装置。所述技术方案如下：

[0008] 第一方面，提供了一种偏振纠缠光子对的产生装置，所述装置包括：分束器、光子对产生模块、基模转换模块及偏振转换器；

[0009] 所述分束器包括输入端、第一输出端及第二输出端，所述分束器将所述输入端输入的光子束分成能量相同的第一光子束和第二光子束，所述第一光子束经所述第一输出端输出，所述第二光子束经所述第二输出端输出；

[0010] 所述光子对产生模块包括第一光子对产生单元和第二光子对产生单元，所述第一光子对产生单元与所述第一输出端相连，能够触发所述第一光子束生成第一TE模偏振光子对，所述第二光子对产生单元与所述第二输出端相连，能够触发所述第二光子束生成第二TE模偏振光子对；

[0011] 所述基模转换模块包括第一基模转换单元和第二基模转换单元，所述第一基模转换单元与所述第一光子对产生单元相连，能够将所述第一TE模偏振光子对转换为第一TE基模偏振光子对，所述第二基模转换单元与所述第二光子对产生单元相连，能够将所述第二TE模偏振光子对转换为第二TE基模偏振光子对；

[0012] 所述偏振转换器包括第一偏振转换单元和第二偏振转换单元，所述第一偏振转换单元与所述第一基模转换单元相连，能够将所述第一TE基模偏振光子对耦合到所述第二偏振转换单元中，所述第二偏振转换单元与所述第二基模转换单元相连，能够将所述第一TE基模偏振光子对转换为第一TM基模偏振光子对，并将所述第一TM基模偏振光子对和所述第二TE基模偏振光子对叠加为偏振纠缠光子对，输出所述偏振纠缠光子对。

[0013] 本发明中所产生的TE模偏振光子对和TM模偏振光子对全部用于生成偏振纠缠光子对，偏振纠缠光子对的产生效率较高，且TE模偏振光子对和TM模偏振光子对的能量相同，以二者所得到的偏振纠缠光子对作为纠缠光源时亮度较高。进一步地，本发明中的装置结构简单，可固化在硅基光波导芯片中，使得所生成的偏振纠缠光子对的相位稳定。

[0014] 结合第一方面，在第一方面的第一种可能的实现方式中，所述分束器为Y型分束器。不仅丰富了分束器的形式，而且使得处理后的一束光子能够精确地分为能量相同的两束光子。

[0015] 结合第一方面，在第一方面的第二种可能的实现方式中，所述分束器为多模干涉器，所述多模干涉器还包括多模波导区域，所述多模波导区域连接所述输入端、所述第一输出端及所述第二输出端。不仅丰富了分束器的形式，而且使得处理后的一束光子能够精确地分为能量相同的两束光子。

[0016] 结合第一方面至第一方面的第二种可能的实现方式中，在第一方面的第三种可能的实现方式中，所述分束器、所述光子对产生模块、所述基模转换模块及所述偏振转换器均由二氧化硅包层和硅纳米线构成。

[0017] 结合第一方面的第三种可能的实现方式，在第一方面的第四种可能的实现方式，所述光子对产生模块中的硅纳米线弯曲环绕在二氧化硅包层内，且所述第一光子对产生单元和所述第二光子对产生单元中的硅纳米线的结构相同，从而经过第一光子对产生单元和第二光子对产生单元可产生具有相同偏振态的光子对。

[0018] 结合第一方面的第四种可能的实现方式，在第一方面的第五种可能的实现方式中，所述第一光子对产生单元和所述第二光子对产生单元的硅纳米线均呈螺旋分布。

[0019] 结合第一方面的第三种可能的实现方式，在第一方面的第六种可能的实现方式中，所述基模转换模块中的硅纳米线呈锥形分布，从而能够将上下两路光波导中的TE模转换为不同的基模。

[0020] 结合第一方面的第六种可能的实现方式，在第一方面的第七种可能的实现方式，所述第一基模转换单元中的硅纳米线的宽度小于所述第二基模转换单元中的硅纳米线的宽度。

[0021] 结合第一方面，在第一方面的第八种可能的实现方式，所述偏振转换器为基于不对称定向耦合器的偏振转换器。

[0022] 第二方面，提供了一种偏振纠缠光子对的产生方法，所述方法应用上述第一方面所述的偏振纠缠光子对的产生装置，所述方法包括：

[0023] 所述分束器将所述输入端输入的光子束分为能量相同的第一光子束和第二光子束，所述第一输出端将所述第一光子束传输至所述第一光子对产生单元，所述第一光子对产生单元触发所述第一光子束生成第一TE模偏振光子对，并将所述第一TE模偏振光子对传输至所述第一基模转换单元，所述第二输出端将所述第二光子束传输至所述第二光子对产生单元，所述第二光子对产生单元触发所述第二光子束生成第二TE模偏振光子对，并将所述第二TE模偏振光子对传输至所述第二基模转换单元；

[0024] 所述第一基模转换单元将所述第一TE模偏振光子对转换为第一TE基模偏振光子对，并将所述第一TE基模偏振光子对传输至所述第一偏振转换单元，所述第二基模转换单元将所述第二TE模偏振光子对转换为第二TE基模偏振光子对，并将所述第二TE基模偏振光子对传输至所述第二偏振转换单元；

[0025] 所述第一偏振转换单元将所述第一TE基模偏振光子对耦合到所述第二偏振转换单元中，所述第二偏振转换单元将所述第一TE基模偏振光子对转换为第一TM基模偏振光子对，并将所述第一TM基模偏振光子对和所述第二TE基模偏振光子对叠加为偏振纠缠光子对，输出所述偏振纠缠光子对。

[0026] 本发明实施例提供的技术方案带来的有益效果是：

[0027] 通过将输入的一束光子分为相同能量的两束光子，并将两束光子转换成具有相同偏振态的TE模偏振光子对，进而将其中一束TE模偏振光子对转换为TM模偏振光子对，进一步通过将TE模偏振光子对和TM模偏振光子对叠加得到偏振纠缠光子对。本发明突破了现有技术中偏振纠缠光子对仅产生于圆锥形光束交叠区域的不足，所产生的TE模和TM模偏振光子对全部用于生成偏振纠缠光子对，提高了偏振纠缠光子对的产生效率，且TE模和TM模偏振光子对的能量相同，因而纠缠光源的亮度较高。另外，该装置结构简单且可固化在硅基光波导芯片中，相位相对稳定。

附图说明

[0028] 为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

[0029] 图1是本发明提供的一种现有的偏振纠缠光子对的产生方法；

[0030] 图2是本发明一个实施例示出的一种偏振纠缠光子对的产生装置结构示意图；

[0031] 图3是本发明另一个实施例示出的一种Y型分束器的结构示意图；

[0032] 图4是本发明另一个实施例示出的一种多模干涉器的结构示意图；

[0033] 图5是本发明另一个实施例示出的光波导的结构示意图；

[0034] 图6是本发明另一个实施例提供的一种偏振转换器的结构示意图；

[0035] 图7本发明另一个施例提供的一种偏振纠缠光子对的产生方法的流程图。

[0036] 其中，附图标记为：1、分束器；11、输入端；12、第一输出端；13、第二输出端；14、多模波导区域；2、光子对产生模块；21、第一光子对产生单元；22、第二光子对产生单元；3、基模转换模块；31、第一基模转换单元；32、第二基模转换单元；4、偏振转换器；41、第一偏振转换单元；42、第二偏振转换单元。

具体实施方式

[0037] 为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地详细描述。

[0038] 参见图2，本发明实施例提供了一种偏振纠缠光子对的产生装置，该装置包括：分束器1、光子对产生模块2、基模转换模块3及偏振转换器4。

[0039] 其中，分束器1包括输入端11、第一输出端12及第二输出端13，该分束器1将输入端11输入的光子束分成能量相同的第一光子束和第二光子束，该第一光子束经第一输出端12输出，第二光子束经第二输出端13输出；

[0040] 光子对产生模块2包括第一光子对产生单元21和第二光子对产生单元22，该第一光子对产生单元21与第一输出端12相连，该第一光子对产生单元21能够触发第一光子束生成第一TE模偏振光子对，并传输所生成的第一TE模偏振光子对；该第二光子对产生单元22与第二输出端13相连，该第二光子对产生单元22能够触发第二光子束生成第二TE模偏振光子对，并传输所生成的第二TE模偏振光子对，在本实施例中，第一TE模偏振光子对和第二TE模偏振光子对为具有相同偏振态的关联光子对，二者完全相同，仅传输路径不同；

[0041] 基模转换模块3包括第一基模转换单元31和第二基模转换单元32，该第一基模转换单元31与第一光子对产生单元21相连，用于接收第一光子对产生单元21所产生的第一TE模偏振光子对，并将该第一TE模偏振光子对转换为为第一TE基模偏振光子对，进而传输第一TE基模偏振光子对；第二基模转换单元32与第二光子对产生单元22相连，用于接收第二光子对产生单元22所产生的第二TE模偏振光子对，并将该第二TE模偏振光子对转换为第二TE模偏振光子对，进而传输第二TE基模偏振光子对；

[0042] 偏振转换器4包括第一偏振转换单元41和第二偏振转换单元42，该第一偏振转换单元41与第一基模转换单元31相连，用于接收第一基模转换单元31传输的第一TE基模偏振光子对，并将该第一TE基模偏振光子对耦合到第二偏振单元中；第二偏振转换单元42与第二TE基模偏振光子对相连，用于接收第二基模偏振转换单元32传输的第二TE基模偏振光子对，在第一偏振转换单元41中的第一TE基模偏振光子对与第二偏转转换单元42中的TM基模偏振光子对的有效折射率相等的情况下，将第一TE基模偏振光子对转换为第一TM基模偏振光子对，并将第一TM基模偏振光子对和第二TE基模偏振光子对叠加为偏振纠缠光子对，进而将偏振纠缠光子对输出。

[0043] 在本发明的一个实施例中，参见图3，分束器1可以为Y型分束器。当分束器1为Y型分束器时，输入端11、第一输出端12及第二输出端13在Y型分束器中的位置关系如图3所示。

[0044] 在发明的另一个实施例中，参见图4，分束器1还可以为多模干涉器。当分束器1为多模干涉器时，该多模干涉器包括输入端11、第一输出端12、第二输出端13及多模波导区域14，该多模波导区域14连接输入端11、第一输出端12及第二输出端13。多模波导区域14的宽度和长度根据需要设置，以保证光场达到50/50分束效果，也即是可将输入的光子束分为能量相同的第一光子束和第二光子束。

[0045] 在本实施例中，上述图2所示的偏振纠缠光子对的产生装置可以为光波导，通常光波导主要由二氧化硅包层和硅纳米线构成，因此，图2中所示的分束器1、光子对产生模块2、基模转换模块3及偏振转换器4均由二氧化硅包层和硅纳米线构成。相应地，分束器1所包括的输入端11、第一输出端12及第二输出端13也由二氧化硅包层和硅纳米线构成；光子对产生模块2所包括的第一光子对产生单元21和第二光子对产生单元22也由二氧化硅包层和硅纳米线构成；基模转换模块3所包括的第一基模转换单元31和第二基模转换单元32也由二氧化硅包层和硅纳米线构成；偏振转换器4所包括的第一偏振转换单元41和第二偏振转换单元42也由二氧化硅包层和硅纳米线构成。通常光波导中光束主要沿着硅纳米线进行传输的，为了直观地展示光束在光波导中的传输路径，如图5示出了构成装置内各个功能模块的硅纳米线在光波导芯片中的分布情况。

[0046] 当图2所示的偏振纠缠光子对的产生装置为光波导时，光子对产生模块2中的硅纳米线弯曲环绕在二氧化硅包层内，结构紧凑且长度满足设计需求，使得光束在光子对产生模块2传输时，能够利用硅纳米线波导的三阶非线性发生自发四波混频过程，产生TE模偏振光子对。为了确保第一光子对产生单元21和第二光子对产生单元22所产生的偏振光子对具有相同偏振态，第一光子对产生单元21和第二光子对产生单元22中的硅纳米线尺寸相同，且对称分布。如图5所示，第一光子对产生单元21和第二光子对产生单元22中的硅纳米线对称分布且呈螺旋形，当然，第一光子对产生单元21和第二光子对产生单元22中的硅纳米线的形状还可以为其他形状，本实施例对此不作具体的限定。

[0047] 在本实施例中，基模转换模块3中的硅纳米线呈锥形分布，第一基模转换单元31中的硅纳米线的宽度逐渐变细，第二基模转换单元32中的硅纳米线的宽度逐渐变粗，使得第一基模转换单元31变为细光波导，第二基模转换单元32变为粗波导，当然，第一基模转换单元31中的硅纳米线的宽度可以逐渐变粗，第二基模转换单元32中的硅纳米线的宽度可以逐渐变细，使得第一基模转换单元31变为粗光波导，第二基模转换单元32变为细光波导。总之，只要保证基模转换模块3中的两路光波导的粗细不同即可。在本实施例中，基模转换模块3中的硅纳米线的宽度由偏振转换器4中的硅纳米线的宽度决定，具体来说，第一偏振转换单元41中的硅纳米线的宽度决定第一基模转换单元31中的硅纳米线的宽度，第二偏振转换单元42中的硅纳米线的宽度决定第二基模转换单元32中硅纳米线的宽度，当偏振转换器4中的硅纳米线的宽度改变，则基模转换模块3中硅纳米线的宽度需要根据需求重新设计。

[0048] 当第一光子对生成单元21将所生成的第一TE模偏振光子对传输至第一基模转换单元31时，第一基模转换单元31根据自身硅纳米线的宽度，将第一TE模偏转光子对的模式转换为相应基模，得到第一TE基模偏振光子对。当第二光子对生成单元22将所生成的第二TE模偏振光子对传输至第二基模转换单元32时，第二基模转换单元32根据自身硅纳米线的宽度，将第二TE模偏振光子对的模式转换为相应基模，得到第二TE基模偏振光子对。由于第一基模转换单元31和第二基模转换单元32对应的光波导不同，因而转换后得到的第一TE基模偏振光子对和第二TE基模偏振光子对也不相同。

[0049] 在本实施例中，偏振转换器4为不对称定向耦合器的偏振转换器，第一偏振转换单元41和第二偏振转换单元42中的硅纳米线的长度和宽度也是不同的。在本发明的一个实施例中，第一偏振转换单元41中的硅纳米线的长度可以小于第二偏振转换单元42中的硅纳米线的长度，且第一偏振转换单元41中的硅纳米线的宽度小于第二偏振转换单元42中的硅纳米线的宽度，此时第一偏振转换单元41不会输出偏振纠缠光子对，可作为测试端口，第二偏振转换单元42作为输出端输出偏振纠缠光子对。在本发明的另一个实施例中，第一偏振转换单元41中的硅纳米线的长度可以大于第二偏振转换单元42中的硅纳米线的长度，且第一偏振转换单元41中的硅纳米线的宽度大于第二偏振转换单元42中的硅纳米线的宽度，此时第一偏振转换单元41作为输出端输出偏振纠缠光子对，第二偏振转换单元42不会输出偏振纠缠光子对，可作为测试端口。

[0050] 在本实施例中，基于不对称定向耦合器的偏振转换器，当第一偏振转换单元41和第二偏振转换单元42中硅纳米线的宽度满足一定条件时，可使第一偏振转换单元41对应光波导中第一TE基模偏振光子对和第二偏振转换单元42对应光波导中的第二TM基模偏振光子对的有效折射率相等，此时根据耦合模理论，可将较细光波导中的TE基模偏振光子对耦合到较粗的光波导中，转换为较粗光波导中的TM基模偏振光子对，而较粗光波导中的TE基模偏振光子对依然在其中传播。TE基模可以表示为TE0模，TM基模可以表示为TM0模。例如，图6中(a)图所示，耦合区域的长度为36.8um，当细光波导中的TE0模与粗光波导中TM0模的有效折射率相等时，可将细光波导中TE0模光子对耦合到粗光波导中，粗光波导中的TE0模光子对依然在粗光波导中传播。图6中的(b)图为偏振转换器的横截面图，其中，w1为细光波导的宽度，w2为粗光波导中的宽度，g为细波导和粗波导之间的距离，h为粗细光波导的高度。w1可以为330nm，w2可以为600nm，g可以为100nm，h可以为250nm，当然，在实际应用中，上述结构参数可根据需求具体设计，并不限于上述所列的数据，只要满足细光波导中的TE0模与粗光波导中TM0模的有效折射率相等，耦合区域的长度需要保证细光波导中的TE0模大部分转换为粗波导中的TM0模即可。

[0051] 在本实施例中，可将第一光子对产生单元21、第一基模转换单元31及第一偏振转换单元41构成上路光波导，将第二光子对产生单元22、第二基模转换单元32及第二偏振转换单元42构成下路光波导。通过在上路光波导和下路光波导中添加金属电极，施加电压之后，可利用光热效应，调节上下两路波导中光子的相对相位，得到偏振纠缠态为|ψ＞＝a|TE，TE＞+beiθ|TM，TM＞的偏振纠缠光子对。其中，ψ为偏振纠缠态，θ为相对相位，a和b为任意参数，且a和b满足归一化条件|a|2+|b|2＝1。

[0052] 本发明实施例提供的装置，通过将输入的一束光子分为相同能量的两束光子，并将两束光子转换成具有相同偏振态的TE模偏振光子对，进而将其中一束TE模偏振光子对转换为TM模偏振光子对，进一步通过将TE模偏振光子对和TM模偏振光子对叠加得到偏振纠缠光子对。本发明突破了现有技术中偏振纠缠光子对仅产生于圆锥形光束交叠区域的不足，所产生的TE模和TM模偏振光子对全部用于生成偏振纠缠光子对，提高了偏振纠缠光子对的产生效率，且TE模和TM模偏振光子对的能量相同，因而纠缠光源的亮度较高。另外，该装置结构简单且可固化在硅基光波导芯片中，相位相对稳定。

[0053] 基于上述图2所示的偏振纠缠光子的产生装置，本发明实施例提供了一种偏振纠缠光子的产生方法，参见图7，本实施例提供的方法流程包括：

[0054] 701、分束器将输入端输入的光子束分为能量相同的第一光子束和第二光子束，第一输出端将第一光子束传输至第一光子对产生单元，第一光子对产生单元触发第一光子束生成第一TE模偏振光子对，并将第一TE模偏振光子对传输至第一基模转换单元，第二输出端将第二光子束传输至第二光子对产生单元，第二光子对产生单元触发第二光子束生成第二TE模偏振光子对，并将第二TE模偏振光子对传输至第二基模转换单元。

[0055] 702、第一基模转换单元将第一TE模偏振光子对转换为第一TE基模偏振光子对，并将第一TE基模偏振光子对传输至第一偏振转换单元，第二基模转换单元将第二TE模偏振光子对转换为第二TE基模偏振光子对，并将第二TE基模偏振光子对传输至第二偏振转换单元。

[0056] 703、第一偏振转换单元将第一TE基模偏振光子对耦合到第二偏振转换单元中，第二偏振转换单元将第一TE基模偏振光子对转换为第一TM基模偏振光子对，并将第一TM基模偏振光子对和第二TE基模偏振光子对叠加为偏振纠缠光子对，输出偏振纠缠光子对。

[0057] 以偏振纠缠光子对的产生装置为光波导为例，上述基于光波导产生偏振纠缠光子对的过程如下：

[0058] 第一步，泵浦光子从片外输入进SOI光学芯片，经过分束器分为两束相同能量的光子束，传输到上下光波导中。

[0059] 第二步，利用硅线波导的三阶非线性发生自发四波混频过程，上下两路光波导分别产生具有相同偏振态的TE模偏振光子对。

[0060] 第三步，锥形光波导将TE模偏振光子对的模式转换为粗、细光波导中的基模TE0模。

[0061] 第四步，利用偏振转换器将细波导中的TE0模光子转换为粗波导中的TM0模光子，将粗波导中的TE0模光子对和转换得到的TM0模光子对叠加，得到偏振纠缠光子对，进而输出偏振纠缠光子对。

[0062] 本发明实施例提供的方法，通过将输入的一束光子分为相同能量的两束光子，并将两束光子转换成具有相同偏振态的TE模偏振光子对，进而将其中一束TE模偏振光子对转换为TM模偏振光子对，进一步通过将TE模偏振光子对和TM模偏振光子对叠加得到偏振纠缠光子对。本发明突破了现有技术中偏振纠缠光子对仅产生于圆锥形光束交叠区域的不足，所产生的TE模和TM模偏振光子对全部用于生成偏振纠缠光子对，提高了偏振纠缠光子对的产生效率，且TE模和TM模偏振光子对的能量相同，因而纠缠光源的亮度较高。另外，该装置结构简单且可固化在硅基光波导芯片中，相位相对稳定。

[0063] 需要说明的是：上述实施例提供的偏振纠缠光子对的产生装置在产生偏振纠缠光子对时，仅以上述各功能模块的划分进行举例说明，实际应用中，可以根据需要而将上述功能分配由不同的功能模块完成，即将偏振纠缠光子对的产生装置的内部结构划分成不同的功能模块，以完成以上描述的全部或者部分功能。另外，上述实施例提供的偏振纠缠光子对的产生装置与偏振纠缠光子对的产生方法实施例属于同一构思，其具体实现过程详见方法实施例，这里不再赘述。

[0064] 本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例的全部或部分步骤可以通过硬件来完成，也可以通过程序来指令相关的硬件完成，所述的程序可以存储于一种计算机可读存储介质中，上述提到的存储介质可以是只读存储器，磁盘或光盘等。

[0065] 以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。