案例分享| ppln驅(qū)動(dòng)的寬帶量子合成器：實(shí)現(xiàn)超快壓縮光脈沖源的關(guān)鍵突破

量子技術(shù)是英國(guó)和加拿大工業(yè)戰(zhàn)略的重要組成部分，有望改變數(shù)字shi界，擴(kuò)展當(dāng)前成像設(shè)備的能力，并利用量子計(jì)算解決復(fù)雜計(jì)算難題以促進(jìn)新藥研發(fā)。寬帶量子合成器(Broadband Quantum Synthesizer, BQS) 便是其中之一，旨在推進(jìn)超快量子光學(xué)的前沿，其目的是開(kāi)發(fā)第1個(gè)超寬帶壓縮光脈沖封裝源，這是對(duì)下一代傳感、通信和成像量子技術(shù)至關(guān)重要的工具。

核心目標(biāo)

BQS 計(jì)劃的核心是開(kāi)發(fā)持續(xù)時(shí)間低于100fs的壓縮光脈沖，理想情況下低于40fs，實(shí)現(xiàn) >3dB 的量子噪聲降低。這些“壓縮"光態(tài)是糾纏的光場(chǎng)，其靈敏度和信息容量超過(guò)了經(jīng)典光。它們構(gòu)成了量子計(jì)量學(xué)的基礎(chǔ)，能夠在光譜學(xué)、顯微鏡學(xué)和成像中實(shí)現(xiàn)測(cè)量精度，并且對(duì)于量子通信和計(jì)算系統(tǒng)至關(guān)重要。

盡管使用連續(xù)光或長(zhǎng)脈沖可以產(chǎn)生更高的壓縮（>15dB），但目前還沒(méi)有實(shí)際的解決方案能夠在超快時(shí)間尺度上產(chǎn)生寬帶、高度壓縮的光。這對(duì)于先jin的量子應(yīng)用來(lái)說(shuō)是一個(gè)主要限制，特別是在生物成像領(lǐng)域，生物事件往往發(fā)生在飛秒時(shí)間尺度上。BQS項(xiàng)目旨在通過(guò)一個(gè)緊湊、可靠的光源來(lái)補(bǔ)這一空白。

壓縮光（Squeezed Light）是一種特殊的量子態(tài)光場(chǎng)，通過(guò)非線性過(guò)程產(chǎn)生。光場(chǎng)的某個(gè)特定正交分量（例如，振幅或相位）的量子噪聲被壓縮，達(dá)到低于標(biāo)準(zhǔn)量子極限。這種噪聲的重新分配突破了經(jīng)典測(cè)量精度的限制，因此在超精密測(cè)量、量子干涉儀、量子傳感以及量子信息處理等領(lǐng)域有著重要的應(yīng)用。

BQS創(chuàng)新架構(gòu)

BQS系統(tǒng)將圍繞一種名為傅里葉平面非線性光學(xué)的創(chuàng)新方法構(gòu)建。該技術(shù)已獲得專(zhuān)li，并du家給Few-Cycle Inc.（美國(guó)專(zhuān)li 9,910,339），克服了長(zhǎng)期以來(lái)阻礙超快壓縮光生成技術(shù)的發(fā)展問(wèn)題——增益和帶寬之間的權(quán)衡。在這個(gè)系統(tǒng)中，超寬帶脈沖在脈沖整形器的傅里葉平面上進(jìn)行光譜分解。每個(gè)窄帶光譜切片都在空間復(fù)用的非線性晶體中被單獨(dú)放大，具體來(lái)說(shuō)是Covesion開(kāi)發(fā)的周期性極化的鈮酸鋰（PPLN）晶體。這些切片隨后被重新組合，產(chǎn)生一個(gè)短的、高度壓縮的脈沖，覆蓋了寬帶寬（目標(biāo)是>100nm，并且在未來(lái)原型中可達(dá)300nm），這就是名字中合成器的體現(xiàn)。Covesion 貢獻(xiàn)了在定制 PPLN 晶體方面的先jin技術(shù)，晶體具有空間變化的極化周期，可在傅里葉面上實(shí)現(xiàn)關(guān)鍵相位匹配。

這種架構(gòu)允許對(duì)每個(gè)頻率分量進(jìn)行相位匹配的獨(dú)立操控，繞開(kāi)了傳統(tǒng)參量放大技術(shù)OPA的限制，能夠生成持續(xù)時(shí)間低于100fs的壓縮脈沖，有望達(dá)到40fs。

應(yīng)用前景

BQS系統(tǒng)的成功開(kāi)發(fā)將為連續(xù)變量量子光學(xué)提供一個(gè)關(guān)鍵的構(gòu)建模塊。在這一領(lǐng)域，數(shù)十億光子之間的宏觀糾纏能夠?qū)崿F(xiàn)當(dāng)今已知的zui靈敏的測(cè)量。其應(yīng)用包括：

• 量子增強(qiáng)非線性顯微鏡，能夠更精確地檢測(cè)微弱的生物信號(hào)。

• 安全通信，通過(guò)將壓縮光嵌入量子密鑰分發(fā)系統(tǒng)。

• 量子計(jì)算，特別是在利用連續(xù)變量態(tài)的架構(gòu)中。

•  量子光譜學(xué)，提供對(duì)超快分子動(dòng)力學(xué)的訪問(wèn)，其分辨率是以前無(wú)法達(dá)到的。

該系統(tǒng)還將經(jīng)過(guò)驗(yàn)證，用于量子阿秒光譜學(xué)，這是一個(gè)新出現(xiàn)的領(lǐng)域，需要具有高的時(shí)間和光譜精度的壓縮脈沖。

BQS平臺(tái)將有三種主要的商業(yè)輸出：

• 用于研究和工業(yè)實(shí)驗(yàn)室的獨(dú)立量子合成器。

• 用于顯微鏡和材料加工的下一代光學(xué)參量放大器。

• 如扇形周期PPLN晶體等子組件，擴(kuò)展Covesion的quan球QT供應(yīng)鏈產(chǎn)品線。

Covesion扇形周期PPLN晶體

Covesion現(xiàn)已推出扇形周期結(jié)構(gòu)（fan-out grating）的MgO:PPLN晶體。該結(jié)構(gòu)可在晶體溫度保持恒定的情況下，通過(guò)橫向移動(dòng)晶體即可實(shí)現(xiàn)相位匹配的大范圍波長(zhǎng)調(diào)諧。

特別適用于：

光學(xué)參量振蕩器 （OPO）：針對(duì)在 1064 nm 泵浦光實(shí)現(xiàn)寬可調(diào)諧的中紅外輸出進(jìn)行了優(yōu)化。

差頻產(chǎn)生 （DFG）：在寬調(diào)諧范圍內(nèi)具有靈活的相位匹配特性，非常適合用于以中紅外輸出為目標(biāo)的差頻系統(tǒng)。

可提供的標(biāo)品如下，Covesion具備專(zhuān)業(yè)的定制設(shè)計(jì)和制造服務(wù)，如果您有更多需求，歡迎隨時(shí)聯(lián)系我們。昊量光電非常樂(lè)意與您溝通，共同探討如何滿足您的需求。

英國(guó)Covesion有限公司是一家擁有超過(guò)20年經(jīng)驗(yàn)的公司，專(zhuān)注于高效非線性頻率轉(zhuǎn)換的MgO:PPLN（氧化鎂摻雜周期極化鈮酸鋰）晶體和波導(dǎo)的研究、開(kāi)發(fā)和制造。我們提供廣泛的產(chǎn)品，包括PPLN塊體晶體、PPLN波導(dǎo)以及PPLN配件。此外，還提供定制PPLN服務(wù)，利用其極化技術(shù)為獨(dú)特的PPLN晶體設(shè)計(jì)和制造提供廣泛的技術(shù)支持，包括整個(gè)周期結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、掩膜設(shè)計(jì)、晶體極化、切塊、拋光和鍍膜增透，以滿足特定波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換需求。

上海昊量光電設(shè)備有限公司作為英國(guó)Covesion在中國(guó)地區(qū)的獨(dú)代,負(fù)責(zé)其所有產(chǎn)品在國(guó)內(nèi)的銷(xiāo)售、服務(wù)，以及售后技術(shù)支持等等。

關(guān)于昊量光電：

上海昊量光電設(shè)備有限公司是光電產(chǎn)品專(zhuān)業(yè)代理商，產(chǎn)品包括各類(lèi)激光器、光電調(diào)制器、光學(xué)測(cè)量設(shè)備、光學(xué)元件等，涉及應(yīng)用涵蓋了材料加工、光通訊、生物醫(yī)療、科學(xué)研究、國(guó)防、量子光學(xué)、生物顯微、物聯(lián)傳感、激光制造等；可為客戶(hù)提供完整的設(shè)備安裝，培訓(xùn)，硬件開(kāi)發(fā)，軟件開(kāi)發(fā)，系統(tǒng)集成等服務(wù)。