一种量子光脉冲产生装置及产生方法

摘要

本申请公开了一种量子光脉冲产生装置及产生方法，量子光脉冲产生装置包括连续型量子光源、光路切换器、多路等差延时模块和合束器，连续激光器泵浦非线性介质产生连续量子光并输入至光路切换器，光路切换器调节连续量子光的传输路径，使连续量子光在N个不同时刻按照顺序依次沿着预设的N条路径切换并依次输出N路分时量子光，实现连续量子光的时域切片，其中相邻时刻的时间差均相同；多路等差延时模块对光路切换器输出的N路分时量子光进行延时处理，使N路分时量子光同时到达合束器；合束器将多路等差延时模块延时处理后的N路分时量子光合束形成叠加脉冲并输出。本申请实现了基于连续型量子光源产生脉冲型量子光。

权利要求

1.一种量子光脉冲产生装置，其特征在于，包括连续型量子光源、光路切换器、多路等差延时模块和合束器；

所述连续型量子光源由连续激光器和非线性介质组成，所述连续激光器泵浦非线性介质产生连续量子光并输入至所述光路切换器；

所述光路切换器与所述多路等差延时模块连接，用于调节连续量子光的传输路径，使连续量子光在N个不同时刻按照顺序依次沿着预设的N条路径切换并依次输出N路分时量子光，实现连续量子光的时域切片，其中相邻时刻的时间差均相同且所述N条路径的长度也均相同；

所述多路等差延时模块与所述合束器连接，用于对所述光路切换器输出的N路分时量子光进行延时处理，使N路分时量子光同时到达所述合束器；

所述合束器用于将所述多路等差延时模块延时处理后的N路分时量子光合束形成叠加脉冲并输出。

2.根据权利要求1所述的一种量子光脉冲产生装置，其特征在于，所述光路切换器由若干个MZ干涉仪级联组成并呈树状结构，所述树状结构的第一级设置1个MZ干涉仪，第二级设m‑1 m置2个MZ干涉仪，第三级设置4个MZ干涉仪，以此类推，第M级设置2 个MZ干涉仪，其中2=N。

3.根据权利要求1所述的一种量子光脉冲产生装置，其特征在于，所述多路等差延时模块由N条长度依次等量递增的延时线组成，分别对N路分时量子光进行不同的延时，使N路分时量子光同时传输至所述合束器，所述延时线等量递增的长度等于所述相邻时刻的时间差乘以量子光在所述延时线上的传播速度。

4.根据权利要求1所述的一种量子光脉冲产生装置，其特征在于，所述连续型量子光源为基于硅波导的四波混频连续光源、基于氮化硅微腔结构的四波混频连续光源、基于BBO晶体自发参量下转换的连续光源、周期性极化KTP晶体自发参量下转换的连续光源或周期性极化铌酸锂晶体自发参量下转换的连续光源。

5.根据权利要求2所述的一种量子光脉冲产生装置，其特征在于，所述MZ干涉仪由第一分束器、干涉上臂、干涉下臂、相位调制器和第二分束器组成，所述相位调制器设置于干涉上臂或干涉下臂上，所述相位调制器用于调节连续量子光的相位，干涉上臂的两端分别连接第一分束器的输出上端口和第二分束器的输入上端口，干涉下臂的两端分别连接第一分束器的输出下端口和第二分束器的输入下端口。

6.一种量子光脉冲产生方法，其特征在于，包括以下步骤：

连续激光器泵浦非线性介质产生连续量子光并输入至光路切换器;

光路切换器调节连续量子光的传输路径，使连续量子光在N个不同时刻按照顺序依次沿着预设的N条路径切换并依次输出N路分时量子光，实现连续量子光的时域切片，其中相邻时刻的时间差均相同且所述N条路径的长度也均相同；

多路等差延时模块对光路切换器输出的N路分时量子光进行延时处理，使N路分时量子光同时到达合束器；

合束器将多路等差延时模块延时处理后的N路分时量子光合束形成叠加脉冲并输出。

7.根据权利要求6所述的一种量子光脉冲产生方法，其特征在于，所述光路切换器由若干个MZ干涉仪级联组成并呈树状结构，所述树状结构的第一级设置1个MZ干涉仪，第二级设m‑1 m置2个MZ干涉仪，第三级设置4个MZ干涉仪，以此类推，第M级设置2 个MZ干涉仪，其中2=N。

8.根据权利要求6所述的一种量子光脉冲产生方法，其特征在于，所述多路等差延时模块由N条长度依次等量递增的延时线组成，分别对N路分时量子光进行不同的延时，使N路分时量子光同时传输至所述合束器，所述延时线等量递增的长度等于所述相邻时刻的时间差乘以量子光在所述延时线上的传播速度。

9.根据权利要求6所述的一种量子光脉冲产生方法，其特征在于，所述连续激光器和所述非线性介质组成连续型量子光源,所述连续型量子光源为基于硅波导的四波混频连续光源、基于氮化硅微腔结构的四波混频连续光源、基于BBO晶体自发参量下转换的连续光源、周期性极化KTP晶体自发参量下转换的连续光源或周期性极化铌酸锂晶体自发参量下转换的连续光源。

10.根据权利要求7所述的一种量子光脉冲产生方法，其特征在于，所述MZ干涉仪由第一分束器、干涉上臂、干涉下臂、相位调制器和第二分束器组成，所述相位调制器设置于干涉上臂或干涉下臂上，所述相位调制器用于调节连续量子光的相位，干涉上臂的两端分别连接第一分束器的输出上端口和第二分束器的输入上端口，干涉下臂的两端分别连接第一分束器的输出下端口和第二分束器的输入下端口。

说明书

一种量子光脉冲产生装置及产生方法

技术领域

[0001] 本申请属于量子光源技术领域，具体而言，涉及一种量子光脉冲产生装置及产生方法。

背景技术

[0002] 量子信息技术是各国科技竞争的前沿方向，包括量子计算、量子密钥分发、量子精密测量等细分领域，由于量子力学的叠加性、不确定性以及纠缠等特性，使得量子信息技术可以实现超越经典计算机的存储和计算能力、信息论意义上的无条件安全保密通信以及超越经典分辨率极限的测量精度等优势。光子是实现量子信息技术的重要载体，量子纠缠光源、单光子源等量子光源是量子态制备的基础和必备模块，如何产生高品质、高亮度的量子光源是量子信息技术研究中的重要课题。

[0003] 量子光一般利用非线性介质的自发参量下转换（SPDC）或四波混频（FWM）等非线性效应产生，在时间维度上可以分为连续光和脉冲光。在量子信息技术中，利用量子光源实现多光子干涉可以完成多光子纠缠、精密测量、量子计算等功能和实验。在连续型量子光源中，利用非线性效应产生的光子一般在时间维度上连续随机分布，因此在两个或多个光源干涉时，光子同时达到干涉器件的概率为两者或多者在某一时间产生光子的概率相乘。为提升多光子干涉的概率，其中一种有效的方法是利用脉冲激光器泵浦非线性介质，产生时域上是脉冲型量子光，与连续型量子光相比，光子不再在时域上平均分布，集中于时间脉冲中，从而提升两路或者多路量子光源相遇(两路光子或多路光子同时到达)的概率，进而提升量子干涉的效率。

[0004] 利用脉冲激光器产生脉冲型量子光的方案需要高功率的脉冲激光器，脉冲激光器本身相较于连续激光器的成本较高，同时脉冲激光将激光集中到时间脉冲中，峰值功率较高，对光学器件、实验环境的洁净度、实验人员安全等方面产生较高要求以及产生负面效应。

发明内容

[0005] 为了解决上述问题，本申请提供一种量子光脉冲产生装置及产生方法，基于连续型量子光源，通过光路径切换以及对不同路径的光进行延时处理实现量子光源的时域切片和叠加形成脉冲型量子光。其具体方案如下：

[0006] 第一方面，本申请公开了一种量子光脉冲产生装置，包括连续型量子光源、光路切换器、多路等差延时模块和合束器；

[0007] 所述连续型量子光源由连续激光器和非线性介质组成，所述连续激光器泵浦非线性介质产生连续量子光并输入至所述光路切换器；

[0008] 所述光路切换器与所述多路等差延时模块连接，用于调节连续量子光的传输路径，使连续量子光在N个不同时刻按照顺序依次沿着预设的N条路径切换并依次输出N路分时量子光，实现连续量子光的时域切片，其中相邻时刻的时间差均相同且所述N条路径的长度也均相同；

[0009] 所述多路等差延时模块与所述合束器连接，用于对所述光路切换器输出的N路分时量子光进行延时处理，使N路分时量子光同时到达所述合束器；

[0010] 所述合束器用于将所述多路等差延时模块延时处理后的N路分时量子光合束形成叠加脉冲并输出。

[0011] 进一步地，所述光路切换器由若干个MZ干涉仪级联组成并呈树状结构，所述树状结构的第一级设置1个MZ干涉仪，第二级设置2个MZ干涉仪，第三级设置4个MZ干涉仪，以此m‑1 m类推，第M级设置2 个MZ干涉仪，其中2=N。

[0012] 进一步地，所述多路等差延时模块由N条长度依次等量递增的延时线组成，分别对N路分时量子光进行不同的延时，使N路分时量子光同时传输至所述合束器，所述延时线等量递增的长度等于所述相邻时刻的时间差乘以量子光在所述延时线上的传播速度。

[0013] 优选地，所述连续型量子光源为基于硅波导的四波混频连续光源、基于氮化硅微腔结构的四波混频连续光源、基于BBO晶体自发参量下转换的连续光源、周期性极化KTP晶体自发参量下转换的连续光源或周期性极化铌酸锂晶体自发参量下转换的连续光源。

[0014] 进一步地，所述MZ干涉仪由第一分束器、干涉上臂、干涉下臂、相位调制器和第二分束器组成，所述相位调制器设置于干涉上臂或干涉下臂上，所述相位调制器用于调节连续量子光的相位，干涉上臂的两端分别连接第一分束器的输出上端口和第二分束器的输入上端口，干涉下臂的两端分别连接第一分束器的输出下端口和第二分束器的输入下端口。

[0015] 第二方面，本申请公开了一种量子光脉冲产生方法，包括以下步骤：

[0016] 连续激光器泵浦非线性介质产生连续量子光并输入至光路切换器；

[0017] 光路切换器调节连续量子光的传输路径，使连续量子光在N个不同时刻按照顺序依次沿着预设的N条路径切换并依次输出N路分时量子光，实现连续量子光的时域切片，其中相邻时刻的时间差均相同且所述N条路径的长度也均相同；

[0018] 多路等差延时模块对光路切换器输出的N路分时量子光进行延时处理，使N路分时量子光同时到达合束器；

[0019] 合束器将多路等差延时模块延时处理后的N路分时量子光合束形成叠加脉冲并输出。

[0020] 进一步地，所述光路切换器由若干个MZ干涉仪级联组成并呈树状结构，所述树状结构的第一级设置1个MZ干涉仪，第二级设置2个MZ干涉仪，第三级设置4个MZ干涉仪，以此m‑1 m类推，第M级设置2 个MZ干涉仪，其中2=N。

[0021] 进一步地，所述多路等差延时模块由N条长度依次等量递增的延时线组成，分别对N路分时量子光进行不同的延时，使N路分时量子光同时传输至所述合束器，所述延时线等量递增的长度等于所述相邻时刻的时间差乘以量子光在所述延时线上的传播速度。

[0022] 优选地，所述连续激光器和所述非线性介质组成连续型量子光源,所述连续型量子光源为基于硅波导的四波混频连续光源、基于氮化硅微腔结构的四波混频连续光源、基于BBO晶体自发参量下转换的连续光源、周期性极化KTP晶体自发参量下转换的连续光源或周期性极化铌酸锂晶体自发参量下转换的连续光源。

[0023] 进一步地，所述MZ干涉仪由第一分束器、干涉上臂、干涉下臂、相位调制器和第二分束器组成，所述相位调制器设置于干涉上臂或干涉下臂上，所述相位调制器用于调节连续量子光的相位，干涉上臂的两端分别连接第一分束器的输出上端口和第二分束器的输入上端口，干涉下臂的两端分别连接第一分束器的输出下端口和第二分束器的输入下端口。

[0024] 总体而言，通过本申请所构思的以上技术方案与现有技术相比，能够取得下列有益效果：

[0025] 本申请提供了一种量子光脉冲产生装置及产生方法，量子光脉冲产生装置包括连续型量子光源、光路切换器、多路等差延时模块和合束器，连续型量子光源由连续激光器和非线性介质组成，连续激光器泵浦非线性介质产生连续量子光并输入至光路切换器，光路切换器调节连续量子光的传输路径，使连续量子光在N个不同时刻按照顺序依次沿着预设的N条路径切换并依次输出N路分时量子光，实现连续量子光的时域切片，其中相邻时刻的时间差均相同；多路等差延时模块对光路切换器输出的N路分时量子光进行延时处理，使N路分时量子光同时到达合束器；合束器将多路等差延时模块延时处理后的N路分时量子光合束形成叠加脉冲并输出。基于上述方案可知，本申请采用连续型量子光源，通过光路切换器、多路等差延时模块和合束器实现连续量子光的时域切片、等差延时和叠加，最终产生时域压缩脉冲型量子光，由于连续型量子光峰值功率相较于脉冲激光器泵浦峰值激光功率要小，因此本申请可以避免使用脉冲激光器产生和调节高峰值功率激光带来的负面效应，如造成光学器件缺陷甚至烧坏。此外，本申请基于连续型量子光源产生脉冲型量子光，在避免采用脉冲激光器带来负面效应的同时提高了在脉冲中光量子相遇的概率，从而提升了量子干涉等实验的实验效率。

附图说明

[0026] 为更清楚地说明本实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术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申请的一些实施例，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。

[0027] 图1为本申请提供的一种量子光脉冲产生装置的结构示意图；

[0028] 图2为本申请实施例中光路切换器的结构示意图；

[0029] 图3为本申请实施例中MZ干涉仪的结构示意图；

[0030] 图4为本申请另一实施例中光路切换器的结构示意图；

[0031] 图5为本申请实施例中多路等差延时模块的结构示意图；

[0032] 图6为本申请实施例提供的一种量子光脉冲产生装置的原理示意图；

[0033] 图7为本申请实施例提供的一种量子光脉冲产生方法的流程图；

[0034] 图8为本申请实施例提供的另一种量子光脉冲产生方法的流程图。

具体实施方式

[0035] 为使本申请的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本申请实施例作进一步详细的说明。显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

[0036] 在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本申请，但是本申请还可以采用其他不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本申请内涵的情况下做类似推广，因此本申请不受下面公开的具体实施例的限制。

[0037] 为了便于理解和解释本申请实施例提供的技术方案，下面将先对本申请的背景技术进行说明。

[0038] 光子是实现量子信息技术的重要载体，量子纠缠光源、单光子源等量子光源是量子态制备的基础和必备模块，如何产生高品质、高亮度的量子光源是量子信息技术研究中的重要课题。

[0039] 量子光一般利用非线性介质的自发参量下转换（SPDC）或四波混频（FWM）等非线性效应产生，在时间维度上可以分为连续光和脉冲光。在量子信息技术中，利用量子光源实现多光子干涉可以完成多光子纠缠、精密测量、量子计算等功能和实验。在连续型量子光源中，利用非线性效应产生的光子一般在时间维度上连续随机分布，因此在两个或多个光源干涉时，光子同时达到干涉器件的概率为两者或多者在某一时间产生光子的概率相乘。为提升多光子干涉的概率，其中一种有效的方法是利用脉冲激光器泵浦非线性介质，产生时域上是脉冲型量子光，与连续型量子光相比，光子不再在时域上平均分布，集中于时间脉冲中，从而提升两路或者多路量子光源相遇(两路光子或多路光子同时到达)的概率，进而提升量子干涉的效率。

[0040] 利用脉冲激光器产生脉冲型量子光的方案需要高功率的脉冲激光器，脉冲激光器本身相较于连续激光器的成本较高，同时脉冲激光将激光集中到时间脉冲中，峰值功率较高，对光学器件、实验环境的洁净度、实验人员安全等方面产生较高要求以及产生负面效应。

[0041] 基于此，本申请提供一种量子光脉冲产生装置，如图1所示，包括连续型量子光源、光路切换器、多路等差延时模块和合束器。

[0042] 所述连续型量子光源由连续激光器和非线性介质组成，所述连续激光器泵浦非线性介质产生连续量子光并输入至所述光路切换器。

[0043] 连续激光器输出的激光是连续的，不会出现中断且输出功率不变，具有稳定的工作状态。而脉冲激光器把激光的能量压缩到一个很窄的时间内输出，每隔一定时间工作一次，峰值功率相较于连续激光器输出的激光功率高很多。利用非线性介质的光学参量过程产生具有关联特性的非经典光场是获取量子光源的一种途径。实现量子光源的参量过程主要包括二阶非线性介质的参量下转换过程和三阶非线性介质的四波混频过程。利用连续激光器泵浦非线性介质产生连续量子光，避免了使用脉冲激光器产生和调节高峰值功率激光带来的负面效应，如造成光学器件缺陷甚至烧坏。

[0044] 所述光路切换器与所述多路等差延时模块连接，用于调节连续量子光的传输路径，使连续量子光在N个不同时刻按照顺序依次沿着预设的N条路径切换并依次输出N路分时量子光，实现连续量子光的时域切片，其中相邻时刻的时间差均相同且所述N条路径的长度也均相同。

[0045] 连续型量子光源产生的连续量子光不间断地输入至光路切换器，通过调节连续量子光在N个不同时刻处的传输路径，使连续量子光在N个不同时刻按照顺序依次沿着预设的N条路径切换并依次输出N路分时量子光。这里以4个时刻处和4条路径为例，将4个不同时刻处分别设为T0、T1、T2和T3时刻，4条路径分别设为路径0、路径1、路径2和路径3且这4条路径的长度都相等。在T0时刻时，调节输入至光路切换器的连续量子光从路径0传输，在T1时刻时，调节输入至光路切换器的连续量子光从路径1传输，以此类推，在T3时刻时，调节输入至光路切换器的连续量子光从路径3传输，实现连续量子光在T0、T1、T2和T3时刻的时域切片，其中T1‑T0=T2‑T1=T3‑T2，也即是相邻时刻之间的时间差相等。因为四条路径的长度均相等，保证了连续量子光在光路切换器中预设的4条路径的传输时间均等。这里需要注意的是，上述举例只是本发明的一个实施方式，本发明并不限定不同时刻的具体数量和路径数量。

[0046] 所述多路等差延时模块与所述合束器连接，用于对所述光路切换器输出的N路分时量子光进行延时处理，使N路分时量子光同时到达所述合束器。

[0047] 因为连续量子光在光路切换器中的传输时间一致，所以不同时刻下连续量子光到达多路等差延时模块的时间不同，为了使多路分时量子光同时到达合束器，设置多路等差延时模块，分别对不同时刻下的连续量子光进行延时，以保证不同时刻下的连续量子光同时到达合束器。

[0048] 假设不同时刻下的连续量子光在光路切换器中的传输时间为T，则上述的T0、T1、T2和T3时刻的连续量子光输出光路切换器的时间分别为T0+T、T1+T、T2+T和T3+T，因为相邻时刻间的时间差均相等，通过等差延时的途径使此4个不同时刻下的连续量子光同时到达合束器。

[0049] 所述合束器用于将所述多路等差延时模块延时处理后的N路分时量子光合束形成叠加脉冲并输出。

[0050] 通过多路等差延时模块后，N路分时量子光同时到达合束器，实现不同时刻下的连续量子光的叠加并形成脉冲型量子光。本申请实现了基于连续型量子光源产生脉冲型量子光，避免采用脉冲激光器带来负面效应的同时提高了在脉冲中光量子相遇的概率，从而提升了量子干涉等实验的实验效率。

[0051] 在本申请中，所述光路切换器由若干个MZ干涉仪级联组成并呈树状结构，所述树状结构的第一级设置1个MZ干涉仪，第二级设置2个MZ干涉仪，第三级设置4个MZ干涉仪，以m‑1 m此类推，第M级设置2 个MZ干涉仪，其中2=N。

[0052] 在本申请的一个实施例中，如图2所示，光路切换器由3个MZ干涉仪级联组成并呈树状结构，树状结构共由二级构成，第一级设置1个MZ干涉仪，第二级设置2个MZ干涉仪。此种结构下的光路切换器具有4个输出口，可以对连续量子光进行4个时刻的时域切片，可对应上述的T0、T1、T2和T3时刻，通过调节MZ干涉仪上的相位调制器，使T0时刻的连续量子光全部从其中一个输出口输出、T1时刻的连续量子光全部从另一输出口输出，以此类推，T3时刻的连续量子光全部从最后一个输出口输出，形成4路分时量子光。

[0053] 进一步地，所述MZ干涉仪由第一分束器、干涉上臂、干涉下臂、相位调制器和第二分束器组成，如图3所示，所述相位调制器设置于干涉上臂或干涉下臂上，所述相位调制器用于调节连续量子光的相位，干涉上臂的两端分别连接第一分束器的输出上端口和第二分束器的输入上端口，干涉下臂的两端分别连接第一分束器的输出下端口和第二分束器的输入下端口。

[0054] 通过调制相位调制器，可使进入MZ干涉仪中的连续量子光全部从第二分束器的输出上端口或全部从第二分束器的输出下端口输出，以达到光路径切换的目的，这也是本申请中光路切换器的路径切换原理。

[0055] 具体地，参见图2，第一级设置的1个MZ干涉仪为MZ干涉仪21，第二级设置2个MZ干涉仪，分别为MZ干涉仪22和MZ干涉仪23。

[0056] 通过分别调制三个MZ干涉仪的相位调制器，使TO时刻下输入的连续量子光全部从MZ干涉仪21中第二分束器的输出上端口输入至MZ干涉仪22，然后全部从MZ干涉仪22中第二分束器的输出上端口进行输出，此路径可以记为路径0。使T1时刻下输入的连续量子光全部从MZ干涉仪21中第二分束器的输出上端口输入至MZ干涉仪22，然后全部从MZ干涉仪22中第二分束器的输出下端口进行输出，此路径可以记为路径1。使T2时刻下输入的连续量子光全部从MZ干涉仪21中第二分束器的输出下端口输入至MZ干涉仪23，然后全部从MZ干涉仪23中第二分束器的输出上端口进行输出，此路径可以记为路径2。使T3时刻下输入的连续量子光全部从MZ干涉仪21中第二分束器的输出下端口输入至MZ干涉仪23，然后全部从MZ干涉仪23中第二分束器的输出下端口进行输出，此路径可以记为路径3。基于3个MZ干涉仪组成的级联结构，路径0、路径1、路径2和路径3的长度均相等。

[0057] 在本申请的另一个实施例中，如图4所示，光路切换器由7个MZ干涉仪级联组成并呈树状结构，树状结构共由三级构成，第一级设置1个MZ干涉仪，第二级设置2个MZ干涉仪，第三级设置4个MZ干涉仪。此种结构下的光路切换器具有8个输出口，可以对连续量子光进行8个时刻的时域切片，通过调节MZ干涉仪上的相位调制器，使8个时刻下的连续量子光分别通过8个路径，再分别从8个输出口进行输出，形成8路分时量子光。具体8个路径过程可依上述4个路径的传输过程进行类推即可，此处不再进行概述。

[0058] 在本申请中，所述多路等差延时模块由N条长度依次等量递增的延时线组成，分别对N路分时量子光进行不同的延时，使N路分时量子光同时传输至所述合束器，所述延时线等量递增的长度等于所述相邻时刻的时间差乘以量子光在所述延时线上的传播速度。

[0059] 不同时刻下连续量子光到达多路等差延时模块的时间不同，因此设置多路等差延时模块由N条长度依次等量递增的延时线组成，分别使不同时刻下的分时量子光进行不同时间的延时，保证N路分时量子光同时到达合束器。延时线越长，量子光在其上传输的时间越长，因此最先输入光路切换器的连续量子光需要的延时时间最长。

[0060] 这里需要注意的是，多路等差延时模块中设置的延时线的个数与光路切换器的结构相对应，在一个实施例中，光路切换器结构如图2所示具有4个输出口，则多路等差延时模块内设置4条长度依次等量递增的延时线，此时多路等差延时模块结构如图5所示，从每个输出口输出的分时量子光输入到对应的延时线进行延时。同理，在另一个实施例中，光路切换器结构如图4所示具有8个输出口，则多路等差延时模块内设置8条长度依次等量递增的延时线。

[0061] 为了便于说明，这里同样以光路切换器为4个输出口的结构为例进行阐述。那么相应地，在本实施例中，多路等差延时模块具有4条长度依次等量递增的延时线。为了便于表述，4条延时线分别记为L0、L1、L2和L3，参见图5，相对应的延时线的长度分别为0L、iL、2iL和3iL，延时线的等量增量即为iL，其中i为正整数，L为延时线的单位长度。L0延时线的长度为
0L表示最后输入至多路等差延时模块的分时量子光不需要进行延时。那么基于上述描述可知，TO时刻下输入的连续量子光沿着路径0传输至延时线L3，T1时刻下输入的连续量子光沿着路径1传输至延时线L2，T2时刻下输入的连续量子光沿着路径2传输至延时线L1，T3时刻下输入的连续量子光沿着路径3传输至延时线L0。经过推理可得：T1‑T0=T2‑T1=T3‑T2=iL/c，表达了相邻时刻之间的时间差与延时线单位长度之间的数量关系，其中c为光在延时介质中的传播速度。以此类推，当光路切换器的结构如图4所示具有8个输出口时，那么相应地，多路等差延时模块具有8条长度依次等量递增的延时线，对应的延时线的长度可以分别设为
0L、iL、2iL、3iL、4iL、5iL、6iL和7iL，不同时刻下输入的连续量子光通过调节分别沿着预设的路径分别传输到相应的延时线上，原理同上，这里不再详细赘述。

[0062] 在本申请中，所述连续型量子光源为基于硅波导的四波混频连续光源、基于氮化硅微腔结构的四波混频连续光源、基于BBO晶体自发参量下转换的连续光源、周期性极化KTP晶体自发参量下转换的连续光源或周期性极化铌酸锂晶体自发参量下转换的连续光源。

[0063] 利用非线性介质的光学参量过程产生量子光是一种有效的途径，根据实现量子光源参量过程，在本申请中将量子光源分为基于参量下转换的连续光源和基于四波混频的连续光源。基于参量下转换的连续光源的原理是在连续激光器泵浦的作用下，具有二阶非线性的晶体材料发生参量下转换过程产生具有关联特性的非经典光场，这里二阶非线性晶体包括BBO晶体、KTP晶体和铌酸锂晶体。基于四波混频的连续光源是通过三阶非线性介质中的四波混频过程获取，其中三阶非线性介质包括光纤和硅基光波导。

[0064] 为了使本申请更加清楚，下面将结合图6对量子光脉冲产生装置的工作原理进行详细的说明。这里以4个时域切片、连续量子光在光路切换器中的传输时间为T,多路等差延时模块的4条延时线的长度分别为3L、2L、1L和0L为例（延时线的等量增量即为1L）。连续型量子光源产生的连续量子光在T0、T1、T2和T3时刻分别通过光路切换器的4条路径，T0、T1、T2和T3时刻的连续量子光输出光路切换器的时间分别为T0+T、T1+T、T2+T和T3+T，然后输入至多路等差延时模块中，T0时刻的分时量子光输入至长度为3L的延时线，T1时刻的分时量子光输入至长度为2L的延时线，T2时刻的分时量子光输入至长度为1L的延时线，T3时刻的分时量子光输入至长度为0L的延时线，相邻时刻之间的时间差和延时时间的对应关系为：T1‑T0=T2‑T1=T3‑T2=L/c，c为光在延时介质中的传播速度。由此对应关系可知，不同时域切片的连续量子光经过多路等差延时模块后到达合束器的时间一样，也即是实现不同时时切片的连续量子光的叠加，形成脉冲型量子光。

[0065] 基于上述本申请提供的量子光脉冲产生装置，本申请还对应提供了一种量子光脉冲产生方法，如图7所示为本申请提供的一种量子光脉冲产生方法的流程图。

[0066] 所述量子光脉冲产生方法包括以下步骤：

[0067] S71：连续激光器泵浦非线性介质产生连续量子光并输入至光路切换器。

[0068] 在本申请中，连续激光器和非线性介质组成连续型量子光源，连续型量子光源为基于硅波导的四波混频连续光源、基于氮化硅微腔结构的四波混频连续光源、基于BBO晶体自发参量下转换的连续光源、周期性极化KTP晶体自发参量下转换的连续光源或周期性极化铌酸锂晶体自发参量下转换的连续光源。

[0069] S72：光路切换器调节连续量子光的传输路径，使连续量子光在N个不同时刻按照顺序依次沿着预设的N条路径切换并依次输出N路分时量子光，实现连续量子光的时域切片，其中相邻时刻的时间差均相同。

[0070] S73：多路等差延时模块对光路切换器输出的N路分时量子光进行延时处理，使N路分时量子光同时到达合束器。

[0071] S74：合束器将多路等差延时模块延时处理后的N路分时量子光合束形成叠加脉冲并输出。

[0072] 通过多路等差延时模块后，N路分时量子光同时到达合束器，实现不同时刻下的连续量子光的叠加并形成脉冲型量子光。本申请实现了基于连续型量子光源产生脉冲型量子光，避免采用脉冲激光器带来负面效应的同时提高了在脉冲中光量子相遇的概率，从而提升了量子干涉等实验的实验效率。

[0073] 在本申请中，光路切换器由若干个MZ干涉仪级联组成并呈树状结构，所述树状结构的第一级设置1个MZ干涉仪，第二级设置2个MZ干涉仪，第三级设置4个MZ干涉仪，以此类m‑1 m推，第M级设置2 个MZ干涉仪，其中2 =N。MZ干涉仪由第一分束器、干涉上臂、干涉下臂、相位调制器和第二分束器组成，所述相位调制器设置于干涉上臂或干涉下臂上，所述相位调制器用于调节连续量子光的相位，干涉上臂的两端分别连接第一分束器的输出上端口和第二分束器的输入上端口，干涉下臂的两端分别连接第一分束器的输出下端口和第二分束器的输入下端口。通过调制相位调制器，可使进入MZ干涉仪中的连续量子光全部从第二分束器的输出上端口或全部从第二分束器的输出下端口输出，以达到光路径切换的目的。

[0074] 多路等差延时模块由N条长度依次等量递增的延时线组成，分别对N路分时量子光进行不同的延时，使N路分时量子光同时传输至所述合束器，所述延时线等量递增的长度等于所述相邻时刻的时间差乘以量子光在所述延时线上的传播速度。

[0075] 基于上述内容，本申请提供一种量子光脉冲产生方法的另一实施例，如图8所示，所述量子光脉冲产生方法包括：

[0076] S81：连续激光器泵浦非线性介质产生连续量子光并输入至光路切换器。

[0077] S82：光路切换器调节连续量子光的传输路径，使连续量子光在T0、T1、T2和T3 这4个不同时刻按照顺序依次沿着预设的4条路径切换并依次输出4路分时量子光，实现连续量子光的时域切片，其中相邻时刻的时间差均相同。

[0078] 在本实施例中，光路切换器由3个MZ干涉仪级联组成并呈树状结构，树状结构共由两级构成，树状结构的第一级设置1个MZ干涉仪，第二级设置2个MZ干涉仪。通过调制MZ干涉仪上的相位调制器，使进入每个MZ干涉仪中的连续量子光全部从第二分束器的输出上端口或全部从第二分束器的输出下端口输出实现光路径切换。基于此，通过调制相位调制器，光路切换器具有4个传输路径和4个输出口，可以对连续量子光进行4个时刻的时域切片，通过调节MZ干涉仪，使T0时刻的连续量子光全部从其中一个输出口输出，T1时刻的连续量子光全部从另一输出口输出，以此类推，T3时刻的连续量子光全部从最后一个输出口输出，形成4路分时量子光。

[0079] S83：多路等差延时模块对光路切换器输出的4路分时量子光进行延时处理，使4路分时量子光同时到达合束器。

[0080] 在本实施例中，多路等差延时模块由4条长度依次等量递增的延时线组成，分别对上述4路分时量子光进行不同的延时，从上述4个输出口输出的4路分时量子光分别输入到对应的延时线进行延时，使上述4路分时量子光同时传输至合束器，延时线等量递增的长度等于所述相邻时刻的时间差乘以量子光在延时线上的传播速度。

[0081] S84：合束器将多路等差延时模块延时处理后的4路分时量子光合束形成叠加脉冲并输出。

[0082] 本说明书中各个实施例采用递进、或并列、或递进和并列结合的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。

[0083] 需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括上述要素的物品或者设备中还存在另外的相同要素。

[0084] 对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本申请。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本申请的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本申请将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。