[2019年欧洲激光与光电会议暨欧洲量子电子学会议（CLEO/Europe-EQEC）- 德国慕尼黑（2019年6月23日-27日）] 2019年欧洲激光与光电会议暨欧洲量子电子学会议（CLEO/Europe-EQEC）- 一种用于42.66 GHz重复频率超快纠缠产生的皮秒脉冲激光器

摘要： 纠缠光子源是大多数量子信息应用（从量子通信系统到量子模拟器和全光子量子计算机）的关键元件。目前，自发参量下转换（SPDC）技术仍是最常用的产生此类光子纠缠的方法，该技术需要泵浦激光器和非线性介质。为提高上述应用的传输速率或门操作速度，需要泵浦激光器具备高时钟频率。此外，光子量子处理算法不仅要求光子具有高纠缠可见度，还需具备高光谱不可区分性和纯度。这可通过窄带光谱滤波实现（但会牺牲速率），或通过选择合适的泵浦脉冲宽度（通常为皮秒量级）达成。虽然已有研究尝试通过增加多空间路径来提升传统飞秒激光器的速率[1]，但该方法无法突破GHz重复频率限制。因此，研发具有极高重复频率、皮秒脉冲宽度及足够能量驱动微弱SPDC过程的泵浦激光器成为关键。 本文报道了一种紧凑型高速皮秒泵浦激光系统的实现方案，其纠缠光子对产生重复频率可达42.66 GHz。该纠缠光子源能在此高频下稳定运行，实际仅受探测器抖动限制。通过匹配PDC晶体长度与泵浦激光脉冲宽度[2]（无需窄带滤波），我们获得了具有最小光谱关联的高纯度偏振纠缠光子对。 该泵浦激光器采用单片集成锁模DBR激光器，发射固定42.66 GHz重复频率、1554 nm波长、1.8 ps脉宽的脉冲。如图1所示，由同一控制器驱动的强度调制器构成的脉冲选择器可调节实验用重复频率。经系列光学放大器将激光脉冲功率提升至25 dBm后，通过二次谐波产生?？樽晃屎螾DC过程的波长，最终输出777 nm泵浦脉冲。 我们的纠缠源基于萨格纳克干涉仪，其中ppKTP晶体受两个相向脉冲激光束泵浦。产生的1554 nm光子对经偏振分束器分离至不同空间模式，由光纤收集并用InGaAs探测器（10%效率）检测。纠缠偏振态实验分析显示平均可见度达0.95±0.01，对应CHSH参数S=2.685，与理论计算高度吻合。基于Hong-Ou-Mandel效应的双光子干涉也呈现出高纯度特性。