基于集成化波導(dǎo)芯片的全光纖上轉(zhuǎn)換單光子探測(cè)器的制造方法
【專利摘要】本實(shí)用新型涉及單光子探測(cè)器領(lǐng)域，尤其是公開了一種基于集成化波導(dǎo)芯片的全光纖上轉(zhuǎn)換單光子探測(cè)器。該上轉(zhuǎn)換單光子探測(cè)器包括：信號(hào)光、泵浦光、保偏光纖陣列、集成化的周期極化波導(dǎo)芯片、微型濾波模塊和單光子計(jì)數(shù)模塊；信號(hào)光為近紅外的單光子源，采用保偏光纖輸出；泵浦光為一個(gè)摻銩光纖激光器，輸出單頻連續(xù)激光，采用保偏光纖輸出；信號(hào)光和泵浦光通過(guò)保偏光纖陣列連接集成化的周期極化波導(dǎo)芯片，集成化的周期極化波導(dǎo)芯片經(jīng)單?；蚨嗄９饫w連接微型濾波模塊，微型濾波模塊輸出端通過(guò)單?；蚨嗄９饫w連接單光子計(jì)數(shù)模塊。本實(shí)用新型采用集成化波導(dǎo)芯片，省去波分復(fù)用器，減少插損的同時(shí)，也使得上轉(zhuǎn)換探測(cè)器產(chǎn)品更加緊湊小型便攜化。
【專利說(shuō)明】
基于集成化波導(dǎo)芯片的全光纖上轉(zhuǎn)換單光子探測(cè)器
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本實(shí)用新型涉及單光子探測(cè)器領(lǐng)域，尤其是公開了一種基于集成化波導(dǎo)芯片的全光纖上轉(zhuǎn)換單光子探測(cè)器。
【背景技術(shù)】
[0002]當(dāng)前，國(guó)際上通用的近紅外單光子探測(cè)器有三類:超導(dǎo)單光子探測(cè)器，銦鎵砷雪崩二極管單光子探測(cè)器和上轉(zhuǎn)換單光子探測(cè)器。
[0003]超導(dǎo)單光子探測(cè)器具有暗計(jì)數(shù)低(100 Hz左右)、時(shí)間分辨好(時(shí)間晃動(dòng)60 ps)等優(yōu)點(diǎn)，但商用超導(dǎo)單光子探測(cè)器需要連續(xù)的液氦制冷才能維持有效工作，液氦制冷設(shè)備體積大、成本昂貴，這是其廣泛使用的瓶頸。近年來(lái)，隨著正弦門控和自差電路等新技術(shù)的出現(xiàn)，InGaAs/InP單光子探測(cè)器已經(jīng)可以工作在GHz的重復(fù)頻率下，但是10%的量子效率，和2%以上的后脈沖也限制了其在量子保密通信中的應(yīng)用。
[0004]上轉(zhuǎn)換單光子探測(cè)器是通過(guò)非線性光學(xué)的和頻過(guò)程，利用周期極化波導(dǎo)，實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)相位匹配，將通信波段信號(hào)光上轉(zhuǎn)換成為可見光，再利用硅雪崩二極管單光子探測(cè)器探測(cè)。硅雪崩二極管單光子探測(cè)器對(duì)可見光波段單光子信號(hào)具有探測(cè)效率高(70%)、暗計(jì)數(shù)低(〈100 Hz)和后脈沖少等優(yōu)點(diǎn)，而通過(guò)頻率轉(zhuǎn)換，高品質(zhì)的硅探測(cè)器就可以用于通信波段單光子探測(cè)。目前利用周期極化波導(dǎo)的上轉(zhuǎn)換單光子探測(cè)器已經(jīng)可以滿足常溫下百公里量子保密通信的商用需求。
[0005]在使用周期性極化鈮酸鋰(PPLN)波導(dǎo)時(shí)會(huì)利用光纖尾纖與波導(dǎo)進(jìn)行耦合連接，將信號(hào)光和栗浦光通過(guò)光纖引入波導(dǎo)。現(xiàn)有的技術(shù)方案是先將信號(hào)光與栗浦光用波分復(fù)用器合成一束進(jìn)入一根尾纖，再優(yōu)化該尾纖與波導(dǎo)的連接實(shí)現(xiàn)信號(hào)光的高效耦合。因?yàn)椴煌ㄩL(zhǎng)的光束實(shí)現(xiàn)最大耦合效率需要不同寬度的模式過(guò)濾器，現(xiàn)有的方案犧牲了栗浦光的耦合效率。
[0006]圖1是現(xiàn)有技術(shù)中的全光纖上轉(zhuǎn)換單光子探測(cè)器架構(gòu)。栗浦光源為一個(gè)摻銩光纖激光器，輸出1.95um的單頻連續(xù)激光，采用保偏光纖輸出。信號(hào)光為近紅外的單光子源，同樣采用保偏光纖輸出。栗浦光和信號(hào)光經(jīng)保偏波分復(fù)用器合成一束，并經(jīng)由保偏尾纖輸入到周期極化鈮酸鋰波導(dǎo)芯片中。
[0007]周期極化鈮酸鋰波導(dǎo)芯片為直波導(dǎo)芯片，如圖2所示，由模式過(guò)濾器、錐形波導(dǎo)和周期極化波導(dǎo)組成。錐形波導(dǎo)是設(shè)計(jì)寬度沿長(zhǎng)度方向變化的波導(dǎo)，用于將兩段不同寬度的波導(dǎo)漸變地連接。錐形波導(dǎo)連接模式過(guò)濾器與周期極化波導(dǎo)，可以使光束進(jìn)入周期極化波導(dǎo)后仍保持在基模，以便獲得最大的非線性轉(zhuǎn)換效率。該波導(dǎo)芯片采用雙端光纖耦合，入射端為單根保偏光纖，出射端為單根單?；蚨嗄９饫w。近紅外的信號(hào)光在周期極化波導(dǎo)中實(shí)現(xiàn)和頻轉(zhuǎn)換后，通過(guò)微型濾波模塊濾除噪聲，再利用硅雪崩二極管單光子探測(cè)器進(jìn)行探測(cè)。
[0008]綜上所述，目前上轉(zhuǎn)換單光子探測(cè)器的核心器件是用于頻率轉(zhuǎn)換的周期性極化鈮酸鋰波導(dǎo)。為了簡(jiǎn)潔高效地使用波導(dǎo)，需要把波導(dǎo)芯片與光纖進(jìn)行耦合。耦合的原理是利用波導(dǎo)芯片中的模式過(guò)濾器，使得從光纖中出射的光斑模式與模式過(guò)濾器所允許導(dǎo)通的本征模式最大程度地重疊，從而使得光纖中的光束最大程度地耦合進(jìn)入波導(dǎo)芯片。對(duì)于不同波長(zhǎng)的光波，其所需要的模式過(guò)濾器寬度是不同的?，F(xiàn)有的上轉(zhuǎn)換波導(dǎo)芯片入射端是單一寬度的模式過(guò)濾器，當(dāng)保證信號(hào)光最高效率耦合時(shí)，栗浦光損耗很大；當(dāng)保證栗浦光耦合最佳時(shí)，信號(hào)光又會(huì)損失很多，造成探測(cè)器的探測(cè)效率下降。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009]本實(shí)用新型的目的就是為了解決上述問(wèn)題，提出了一種基于集成化波導(dǎo)芯片的全光纖上轉(zhuǎn)換單光子探測(cè)器，該基于集成化波導(dǎo)芯片的全光纖上轉(zhuǎn)換單光子探測(cè)器，兼顧了信號(hào)光與栗浦光的耦合，可以節(jié)省波分復(fù)用器的使用，通過(guò)合理布局構(gòu)成的上轉(zhuǎn)換單光子探測(cè)器在提高探測(cè)效率的同時(shí)，降低了所需的栗浦光功率，且可以將上轉(zhuǎn)換探測(cè)器產(chǎn)品小型化、便攜化。
[0010]為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本實(shí)用新型采用如下技術(shù)方案:
[0011]—種基于集成化波導(dǎo)芯片的全光纖上轉(zhuǎn)換單光子探測(cè)器，包括:信號(hào)光、栗浦光、微型濾波模塊和單光子計(jì)數(shù)模塊;信號(hào)光為近紅外的單光子源，采用保偏光纖輸出；栗浦光為一個(gè)摻銩光纖激光器，輸出單頻連續(xù)激光，采用保偏光纖輸出；微型濾波模塊輸出端通過(guò)單模或多模光纖連接單光子計(jì)數(shù)模塊，其特征在于，還包括:保偏光纖陣列和集成化的周期極化波導(dǎo)芯片，信號(hào)光和栗浦光通過(guò)保偏光纖陣列連接集成化的周期極化波導(dǎo)芯片，集成化的周期極化波導(dǎo)芯片經(jīng)單?；蚨嗄９饫w連接到微型濾波模塊。
[0012]進(jìn)一步地，所述集成化波導(dǎo)芯片包括第一模式過(guò)濾器、第二模式過(guò)濾器、第一錐形波導(dǎo)、第二錐形波導(dǎo)、彎道波導(dǎo)、過(guò)渡直波導(dǎo)、方向耦合器、第三錐形波導(dǎo)和周期極化波導(dǎo)；第一模式過(guò)濾器、第一錐形波導(dǎo)、彎道波導(dǎo)及方向耦合器依次連接;第二模式過(guò)濾器、第二錐形波導(dǎo)、過(guò)渡直波導(dǎo)及方向耦合器依次連接;方向耦合器、第三錐形波導(dǎo)和周期極化波導(dǎo)依次連接;該集成化波導(dǎo)芯片分別通過(guò)第一模式過(guò)濾器和第二模式過(guò)濾器耦合輸入經(jīng)所述保偏光纖陣列輸出的栗浦光和信號(hào)光。
[0013]進(jìn)一步地，所述第一模式過(guò)濾器與所述第一錐形波導(dǎo)入射端的波導(dǎo)寬度相同，所述第一錐形波導(dǎo)出射端與所述彎道波導(dǎo)的波導(dǎo)寬度相同;所述方向耦合器由間距恒定且寬度相等的兩段平行直波導(dǎo)組成，每段直波導(dǎo)寬度為所述方向耦合器的波導(dǎo)寬度;所述方向耦合器的波導(dǎo)寬度與所述彎道波導(dǎo)的波導(dǎo)寬度相同；所述栗浦光通過(guò)所述方向耦合器耦合進(jìn)入所述周期極化波導(dǎo)中；所述第二模式過(guò)濾器與所述第二錐形波導(dǎo)入射端的波導(dǎo)寬度相同，所述第二錐形波導(dǎo)出射端與所述過(guò)渡直波導(dǎo)及所述方向耦合器的波導(dǎo)寬度相同；所述栗浦光與信號(hào)光合成一束后再通過(guò)所述第三錐形波導(dǎo)進(jìn)入所述周期極化波導(dǎo);所述方向耦合器與所述第三錐形波導(dǎo)入射端的波導(dǎo)寬度相同，所述第三錐形波導(dǎo)出射端與所述周期極化波導(dǎo)的波導(dǎo)寬度相同。
[0014]優(yōu)選地，所述波導(dǎo)芯片為逆向質(zhì)子交換鈮酸鋰波導(dǎo)芯片。
[0015]更進(jìn)一步地，所述集成化波導(dǎo)芯片中，所述模式過(guò)濾器的波導(dǎo)寬度為Ι-lOum，所述彎道波導(dǎo)的波導(dǎo)寬度為3-15um，其最小彎曲半徑大于0.5mm，所述方向親合器的波導(dǎo)寬度為3-15um，其兩段平行直波導(dǎo)的中心間距為O-lOum，所述周期極化波導(dǎo)的波導(dǎo)寬度為3-20umo
[0016]優(yōu)選地，所述作為栗浦光的摻銩光纖激光器輸出1.8-2.5um波段的單頻連續(xù)激光。
[0017]優(yōu)選地，所述信號(hào)光為0.9-1.9um近紅外單光子光源。
[0018]本實(shí)用新型的有益效果是:
[0019]1、本實(shí)用新型基于集成化波導(dǎo)芯片的全光纖上轉(zhuǎn)換單光子探測(cè)器解決了栗浦光與信號(hào)光從光纖進(jìn)入波導(dǎo)芯片時(shí)，不能同時(shí)實(shí)現(xiàn)最大效率耦合的難題。
[0020]2、本實(shí)用新型基于集成化波導(dǎo)芯片的全光纖上轉(zhuǎn)換單光子探測(cè)器在保證信號(hào)光損耗最小的前提下，降低了所需要的栗浦光功率，降低了上轉(zhuǎn)換單光子探測(cè)器的成本。
[0021]3、采用集成化波導(dǎo)芯片，省去了波分復(fù)用器，減少插損的同時(shí)，也使得上轉(zhuǎn)換探測(cè)器產(chǎn)品更加緊湊、小型、便攜化。
【附圖說(shuō)明】
[0022]圖1為現(xiàn)有技術(shù)中全光纖上轉(zhuǎn)換單光子探測(cè)器的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0023]圖2為現(xiàn)有技術(shù)中周期極化鈮酸鋰波導(dǎo)芯片的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0024]圖3為本實(shí)用新型基于集成化波導(dǎo)芯片的全光纖上轉(zhuǎn)換單光子探測(cè)器的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0025]圖4為本實(shí)用新型集成化的周期極化鈮酸鋰波導(dǎo)芯片的結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0026]下面結(jié)合附圖與實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型做進(jìn)一步說(shuō)明，圖1至圖4中相關(guān)注釋如下:
[0027]1.95um pump: 1.95um栗浦光激光器;PMF:保偏光纖;MMF:多模光纖;PPLN WG 1:周期極化鈮酸鋰波導(dǎo)芯片I; SMF:單模光纖;WDM:波分復(fù)用器;SPCM:單光子計(jì)數(shù)模塊;Signal:信號(hào)光;PM FA:保偏光纖陣列;PPLN WG 2:周期極化鈮酸鋰波導(dǎo)芯片2。
[0028]本實(shí)用新型的基于集成化波導(dǎo)芯片的全光纖上轉(zhuǎn)換單光子探測(cè)器解決了栗浦光與信號(hào)光從光纖進(jìn)入波導(dǎo)芯片時(shí)，不能同時(shí)實(shí)現(xiàn)最大效率耦合的難題?；诩苫▽?dǎo)技術(shù)的全光纖上轉(zhuǎn)換單光子探測(cè)器，在保證信號(hào)光損耗最小的前提下，降低了所需要的栗浦光功率，從而降低了產(chǎn)品的成本。另外，集成化波導(dǎo)芯片工作時(shí)不需要波分復(fù)用器，在減少插損的同時(shí)，也使得上轉(zhuǎn)換探測(cè)器產(chǎn)品更加緊湊、小型、便攜化。
[0029]本實(shí)用新型的基于集成化波導(dǎo)芯片的全光纖上轉(zhuǎn)換單光子探測(cè)器，采用了以下技術(shù)方案:
[0030]如圖3所示:本實(shí)用新型的基于集成化波導(dǎo)芯片的全光纖上轉(zhuǎn)換單光子探測(cè)器，包括:信號(hào)光、栗浦光、保偏光纖陣列、集成化的波導(dǎo)芯片、微型濾波模塊和單光子計(jì)數(shù)模塊;圖中栗浦光源為一個(gè)摻銩光纖激光器，輸出2um波段(1.8-2.5um)的單頻連續(xù)激光，采用保偏光纖輸出。信號(hào)光為近紅外的單光子源(0.9-1.9um)，同樣米用保偏光纖輸出。本方案不再需要波分復(fù)用器，信號(hào)光與栗浦光直接輸入到集成化的波導(dǎo)芯片中，該波導(dǎo)芯片采用雙端光纖耦合，入射端是中心間距為126±lum的兩根裸纖組成的保偏光纖陣列，出射端是單模或多模光纖。
[0031]如圖4所示:集成化的波導(dǎo)芯片包括第一模式過(guò)濾器、第二模式過(guò)濾器、第一錐形波導(dǎo)、第二錐形波導(dǎo)、彎道波導(dǎo)、過(guò)渡直波導(dǎo)、方向耦合器、第三錐形波導(dǎo)和周期極化波導(dǎo)；該集成化的波導(dǎo)芯片分別通過(guò)第一模式過(guò)濾器和第二模式過(guò)濾器耦合輸入經(jīng)所述偏光纖陣列輸出的栗浦光和信號(hào)光。第一模式過(guò)濾器和第二模式過(guò)濾器分別針對(duì)栗浦光和信號(hào)光設(shè)計(jì)，可以同時(shí)實(shí)現(xiàn)栗浦光與信號(hào)光高效率從光纖耦合進(jìn)入波導(dǎo)芯片。其中，栗浦光經(jīng)過(guò)第一模式過(guò)濾器后通過(guò)第一錐形波導(dǎo)連入彎道波導(dǎo)，無(wú)損地進(jìn)入方向耦合器。第一模式過(guò)濾器與第一錐形波導(dǎo)入射端的波導(dǎo)寬度相同，第一錐形波導(dǎo)出射端與彎道波導(dǎo)的波導(dǎo)寬度相同。方向耦合器由間距恒定且寬度相等的兩段平行直波導(dǎo)組成，每段直波導(dǎo)寬度即為方向耦合器的波導(dǎo)寬度。方向耦合器的波導(dǎo)寬度與彎道波導(dǎo)的波導(dǎo)寬度相同。通過(guò)方向耦合器可以使栗浦光耦合進(jìn)入后續(xù)的周期極化波導(dǎo)中。信號(hào)光經(jīng)第二模式過(guò)濾器后通過(guò)第二錐形波導(dǎo)和過(guò)渡直波導(dǎo)進(jìn)入方向耦合器，通過(guò)方向耦合器可以基本無(wú)損地傳輸進(jìn)入周期極化波導(dǎo)中。第二模式過(guò)濾器與第二錐形波導(dǎo)入射端的波導(dǎo)寬度相同，第二錐形波導(dǎo)出射端與過(guò)渡直波導(dǎo)及方向耦合器的波導(dǎo)寬度相同。通過(guò)以上設(shè)計(jì)，栗浦光和信號(hào)光可以近乎無(wú)損地耦合成一束，實(shí)現(xiàn)了波分復(fù)用器的功能。栗浦光與信號(hào)光合成一束后再通過(guò)第三錐形波導(dǎo)進(jìn)入周期極化波導(dǎo)，發(fā)生非線性頻率轉(zhuǎn)換。方向耦合器與第三錐形波導(dǎo)入射端的波導(dǎo)寬度相同，第三錐形波導(dǎo)出射端與周期極化波導(dǎo)的波導(dǎo)寬度相同。如果第一模式過(guò)濾器與彎道波導(dǎo)的波導(dǎo)寬度相同，或者第二模式過(guò)濾器與方向耦合器的波導(dǎo)寬度相同，或者方向耦合器與周期極化波導(dǎo)的波導(dǎo)寬度相同，則相關(guān)錐形波導(dǎo)相當(dāng)于過(guò)渡直波導(dǎo)。
[0032]圖4中(按實(shí)施例2波導(dǎo)設(shè)計(jì)作圖)，集成化的波導(dǎo)芯片中各部分波導(dǎo)的設(shè)計(jì)寬度依賴于鈮酸鋰波導(dǎo)的類型和波長(zhǎng)。對(duì)于典型的逆向質(zhì)子交換類型的鈮酸鋰波導(dǎo)和近紅外波段光子，模式過(guò)濾器的波導(dǎo)設(shè)計(jì)寬度范圍可為l-10um，彎道波導(dǎo)的設(shè)計(jì)寬度范圍可為3-15um，最小彎曲半徑范圍可為>0.5mm，方向親合器的波導(dǎo)設(shè)計(jì)寬度范圍可為3-15um，方向親合器的兩段平行直波導(dǎo)的中心間距設(shè)計(jì)值范圍可為O-lOum，周期極化波導(dǎo)的設(shè)計(jì)寬度范圍可為3-20um。具體所需的參數(shù)值取決于逆向質(zhì)子交換的工藝配方。
[0033]具體實(shí)施例如下:
[0034]實(shí)施例1
[0035]栗浦光波長(zhǎng)為1.95um，使用寬度為7um的第一模式過(guò)濾器，信號(hào)光波長(zhǎng)為1.55um，使用寬度為5um的第二模式過(guò)濾器，從而可以同時(shí)保證栗浦光與信號(hào)光的高效耦合。一方面，栗浦光經(jīng)過(guò)一段錐形波導(dǎo)(該錐形波導(dǎo)與第一模式過(guò)濾器及彎道波導(dǎo)寬度一致)后進(jìn)入寬度為7um的彎道波導(dǎo)，再通過(guò)寬度為7um，波導(dǎo)中心間距為4um，長(zhǎng)度為2mm的方向親合器全部進(jìn)入信號(hào)光所在的波導(dǎo)路徑;另一方面，信號(hào)光也經(jīng)過(guò)一段錐形波導(dǎo)后進(jìn)入寬度為7um的過(guò)渡直波導(dǎo)，幾乎不耦合進(jìn)入栗浦光所在的波導(dǎo)路徑。這樣，栗浦光與信號(hào)光便耦合成一束，再經(jīng)過(guò)一段錐形波導(dǎo)，一起進(jìn)入寬度為12um的周期極化鈮酸鋰波導(dǎo)，發(fā)生非線性頻率轉(zhuǎn)換。
[0036]實(shí)施例2
[0037]栗浦光波長(zhǎng)為1.95um，使用寬度為7um的第一模式過(guò)濾器，信號(hào)光波長(zhǎng)為1.3um，使用寬度為4um的第二模式過(guò)濾器，從而可以同時(shí)保證栗浦光與信號(hào)光的耦合效率。一方面，栗浦光經(jīng)過(guò)一段錐形波導(dǎo)(該錐形波導(dǎo)與第一模式過(guò)濾器及彎道波導(dǎo)寬度一致)后隨后進(jìn)入寬度為7um的彎道波導(dǎo)，再通過(guò)寬度為7um，波導(dǎo)中心間距為4um，長(zhǎng)度為2mm的方向耦合器全部進(jìn)入信號(hào)光所在的波導(dǎo)路徑;另一方面，信號(hào)光經(jīng)過(guò)一段錐形波導(dǎo)后進(jìn)入寬度為7um的過(guò)渡直波導(dǎo)，幾乎不耦合進(jìn)入栗浦光所在的波導(dǎo)路徑。這樣，栗浦光與信號(hào)光便耦合成一束，再經(jīng)過(guò)一段錐形波導(dǎo)，一起進(jìn)入寬度為12um的周期極化鈮酸鋰波導(dǎo)，發(fā)生非線性頻率轉(zhuǎn)換。
[0038]綜上所述，本實(shí)用新型記載了基于集成化波導(dǎo)芯片的全光纖上轉(zhuǎn)換單光子探測(cè)器。本實(shí)用新型的基于集成化波導(dǎo)技術(shù)解決了不能兼顧栗浦光與信號(hào)光從光纖進(jìn)入波導(dǎo)，同時(shí)實(shí)現(xiàn)最大效率耦合的問(wèn)題，在保證信號(hào)光損失最小的前提下，降低了所需要的栗浦光功率，從而降低了上轉(zhuǎn)換單光子探測(cè)器的成本。采用全光纖器件技術(shù)，省去了波分復(fù)用器，減少插損的同時(shí)，也使得上轉(zhuǎn)換探測(cè)器產(chǎn)品更加緊湊、小型、便攜化。
[0039]本技術(shù)方案的適用范圍不限于逆向質(zhì)子交換(RPE)鈮酸鋰波導(dǎo)，也適用于退火質(zhì)子交換(APE)鈮酸鋰波導(dǎo)，氣相質(zhì)子交換鈮酸鋰波導(dǎo)，以及鈦擴(kuò)散、鋅擴(kuò)散等類型的各種離子擴(kuò)散型鈮酸鋰波導(dǎo)和激光直寫波導(dǎo)等。不限于鈮酸鋰材料，也適用于PPKTP的各類型波
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[0040]上述雖然結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型的【具體實(shí)施方式】進(jìn)行了描述，但并非對(duì)本實(shí)用新型保護(hù)范圍的限制，所屬領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)該明白，在本實(shí)用新型的技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，本領(lǐng)域技術(shù)人員不需要付出創(chuàng)造性勞動(dòng)即可做出的各種修改或變形仍在本實(shí)用新型的保護(hù)范圍以內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種基于集成化波導(dǎo)芯片的全光纖上轉(zhuǎn)換單光子探測(cè)器，包括:信號(hào)光、栗浦光、微型濾波模塊和單光子計(jì)數(shù)模塊;信號(hào)光為近紅外的單光子源，采用保偏光纖輸出；栗浦光為一個(gè)摻銩光纖激光器，輸出單頻連續(xù)激光，采用保偏光纖輸出;微型濾波模塊輸出端通過(guò)單?；蚨嗄９饫w連接單光子計(jì)數(shù)模塊，其特征在于，還包括:保偏光纖陣列和集成化的周期極化波導(dǎo)芯片，信號(hào)光和栗浦光通過(guò)保偏光纖陣列連接集成化的周期極化波導(dǎo)芯片，集成化的周期極化波導(dǎo)芯片經(jīng)單?；蚨嗄９饫w連接到微型濾波模塊。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于集成化波導(dǎo)芯片的全光纖上轉(zhuǎn)換單光子探測(cè)器，其特征在于:所述集成化波導(dǎo)芯片包括第一模式過(guò)濾器、第二模式過(guò)濾器、第一錐形波導(dǎo)、第二錐形波導(dǎo)、彎道波導(dǎo)、過(guò)渡直波導(dǎo)、方向耦合器、第三錐形波導(dǎo)和周期極化波導(dǎo);第一模式過(guò)濾器、第一錐形波導(dǎo)、彎道波導(dǎo)及方向耦合器依次連接;第二模式過(guò)濾器、第二錐形波導(dǎo)、過(guò)渡直波導(dǎo)及方向耦合器依次連接;方向耦合器、第三錐形波導(dǎo)和周期極化波導(dǎo)依次連接;該集成化波導(dǎo)芯片分別通過(guò)第一模式過(guò)濾器和第二模式過(guò)濾器耦合輸入經(jīng)所述保偏光纖陣列輸出的栗浦光和信號(hào)光。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于集成化波導(dǎo)芯片的全光纖上轉(zhuǎn)換單光子探測(cè)器，其特征在于:所述第一模式過(guò)濾器與所述第一錐形波導(dǎo)入射端的波導(dǎo)寬度相同，所述第一錐形波導(dǎo)出射端與所述彎道波導(dǎo)的波導(dǎo)寬度相同；所述方向耦合器由間距恒定且寬度相等的兩段平行直波導(dǎo)組成，每段直波導(dǎo)寬度為所述方向耦合器的波導(dǎo)寬度;所述方向耦合器的波導(dǎo)寬度與所述彎道波導(dǎo)的波導(dǎo)寬度相同；所述栗浦光通過(guò)所述方向耦合器耦合進(jìn)入所述周期極化波導(dǎo)中；所述第二模式過(guò)濾器與所述第二錐形波導(dǎo)入射端的波導(dǎo)寬度相同，所述第二錐形波導(dǎo)出射端與所述過(guò)渡直波導(dǎo)及所述方向耦合器的波導(dǎo)寬度相同;所述栗浦光與信號(hào)光合成一束后再通過(guò)所述第三錐形波導(dǎo)進(jìn)入所述周期極化波導(dǎo);所述方向耦合器與所述第三錐形波導(dǎo)入射端的波導(dǎo)寬度相同，所述第三錐形波導(dǎo)出射端與所述周期極化波導(dǎo)的波導(dǎo)寬度相同。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于集成化波導(dǎo)芯片的全光纖上轉(zhuǎn)換單光子探測(cè)器，其特征在于:所述波導(dǎo)芯片為逆向質(zhì)子交換鈮酸鋰波導(dǎo)芯片。5.根據(jù)權(quán)利要求2或3所述的基于集成化波導(dǎo)芯片的全光纖上轉(zhuǎn)換單光子探測(cè)器，其特征在于:所述波導(dǎo)芯片為逆向質(zhì)子交換鈮酸鋰波導(dǎo)芯片。6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的基于集成化波導(dǎo)芯片的全光纖上轉(zhuǎn)換單光子探測(cè)器，其特征在于:所述集成化波導(dǎo)芯片中，所述模式過(guò)濾器的波導(dǎo)寬度為l-10um，所述彎道波導(dǎo)的波導(dǎo)寬度為3_15um，其最小彎曲半徑大于0.51111]1，所述方向親合器的波導(dǎo)寬度為3-15111]1，其兩段平行直波導(dǎo)的中心間距為O-lOum，所述周期極化波導(dǎo)的波導(dǎo)寬度為3-20umo7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于集成化波導(dǎo)芯片的全光纖上轉(zhuǎn)換單光子探測(cè)器，其特征在于:所述作為栗浦光的摻銩光纖激光器輸出I.8-2.5um波段的單頻連續(xù)激光。8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于集成化波導(dǎo)芯片的全光纖上轉(zhuǎn)換單光子探測(cè)器，其特征在于:所述信號(hào)光為0.9-1.9um近紅外單光子光源。
【文檔編號(hào)】H01S3/067GK205666427SQ201620370127
【公開日】2016年10月26日
【申請(qǐng)日】2016年4月28日
【發(fā)明人】馬飛, 鄭名揚(yáng), 謝秀平, 張強(qiáng)
【申請(qǐng)人】山東量子科學(xué)技術(shù)研究院有限公司, 中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)