應用案例:PPLN驅動的寬帶量子合成器實現超快壓縮光脈沖源的關鍵突破

案例分享| ppln驅動的寬帶量子合成器：實現超快壓縮光脈沖源的關鍵突破

量子技術是英國和加拿大工業戰略的重要組成部分，有望徹底改變數字shi界，擴展當前成像設備的能力，并利用量子計算解決復雜計算難題以促進新藥研發。寬帶量子合成器(Broadband Quantum Synthesizer, BQS) 便是其中之一，旨在推進超快量子光學的前沿，其目的是開發第1個超寬帶壓縮光脈沖封裝源，這是對下一代傳感、通信和成像量子技術至關重要的工具。

核心目標

BQS 計劃的核心是開發持續時間低于100fs的壓縮光脈沖，理想情況下低于40fs，實現 >3dB 的量子噪聲降低。這些“壓縮”光態是糾纏的光場，其靈敏度和信息容量超過了經典光。它們構成了量子計量學的基礎，能夠在光譜學、顯微鏡學和成像中實現前所未有的測量精度，并且對于量子通信和計算系統至關重要。

盡管使用連續光或長脈沖可以產生更高的壓縮（>15dB），但目前還沒有實際的解決方案能夠在超快時間尺度上產生寬帶、高度壓縮的光。這對于先jin的量子應用來說是一個主要限制，特別是在生物成像領域，生物事件往往發生在飛秒時間尺度上。BQS項目旨在通過一個緊湊、可靠的光源來填補這一空白。

壓縮光（Squeezed Light）是一種特殊的量子態光場，通過非線性過程產生。光場的某個特定正交分量（例如，振幅或相位）的量子噪聲被壓縮，達到低于標準量子極限。這種噪聲的重新分配突破了經典測量精度的限制，因此在超精密測量、量子干涉儀、量子傳感以及量子信息處理等領域有著重要的應用。

BQS創新架構

BQS系統將圍繞一種名為傅里葉平面非線性光學的創新方法構建。該技術已獲得專li，并du家授權給Few-Cycle Inc.（美國專li 9,910,339），克服了長期以來阻礙超快壓縮光生成技術的發展問題——增益和帶寬之間的權衡。在這個系統中，超寬帶脈沖在脈沖整形器的傅里葉平面上進行光譜分解。每個窄帶光譜切片都在空間復用的非線性晶體中被單獨放大，具體來說是Covesion開發的周期性極化的鈮酸鋰（PPLN）晶體。這些切片隨后被重新組合，產生一個短的、高度壓縮的脈沖，覆蓋了寬帶寬（目標是>100nm，并且在未來原型中可達300nm），這就是名字中合成器的體現。Covesion 貢獻了在定制 PPLN 晶體方面的先jin技術，晶體具有空間變化的極化周期，可在傅里葉面上實現關鍵相位匹配。

這種架構允許對每個頻率分量進行相位匹配的獨立操控，繞開了傳統參量放大技術OPA的限制，能夠生成持續時間低于100fs的壓縮脈沖，有望達到40fs。

應用前景

BQS系統的成功開發將為連續變量量子光學提供一個關鍵的構建模塊。在這一領域，數十億光子之間的宏觀糾纏能夠實現當今已知的zui靈敏的測量。其應用包括：

• 量子增強非線性顯微鏡，能夠更精確地檢測微弱的生物信號。

• 安全通信，通過將壓縮光嵌入量子密鑰分發系統。

• 量子計算，特別是在利用連續變量態的架構中。

•  量子光譜學，提供對超快分子動力學的訪問，其分辨率是以前無法達到的。

該系統還將經過驗證，用于量子阿秒光譜學，這是一個新出現的領域，需要具有極高時間和光譜精度的壓縮脈沖。

BQS平臺將有三種主要的商業輸出：

• 用于研究和工業實驗室的獨立量子合成器。

• 用于顯微鏡和材料加工的下一代光學參量放大器。

• 如扇形周期PPLN晶體等子組件，擴展Covesion的quan球QT供應鏈產品線。

Covesion扇形周期PPLN晶體

Covesion現已推出扇形周期結構（fan-out grating）的MgO:PPLN晶體。該結構可在晶體溫度保持恒定的情況下，通過橫向移動晶體即可實現相位匹配的大范圍波長調諧。

特別適用于：

光學參量振蕩器 （OPO）：針對在 1064 nm 泵浦光實現寬可調諧的中紅外輸出進行了優化。

差頻產生 （DFG）：在寬調諧范圍內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的差頻系統。

可提供的標品如下，Covesion具備專業的定制設計和制造服務，如果您有更多需求，歡迎隨時聯系我們。昊量光電非常樂意與您溝通，共同探討如何滿足您的需求。

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