利用光束聚焦参数最大化 I 型下转换光子的纯度和预示效率

我们从理论上证明，对于非共线 I 型自发参量下转换，可以产生具有高预示效率和高光谱纯度的关联双光子。在 I 型下转换中，产生的光子具有相同的线偏振，且垂直于线偏振泵浦光。此前人们认为，在这种配置下无法同时获得高效率和纯度。我们表明，非共线几何结构提供了一个额外的自由度，允许同时优化这些源指标。通过调整光束聚焦参数，我们预测可获得接近 unity ($\approx0.97$) 的预示效率和单光子光谱纯度，这可以在广泛的泵浦、信号和闲频波长范围内实现，而无需特殊的晶体色散特性。作为一个例子，我们预测使用 400-$\mu$m 长的 $\beta$-硼酸钡晶体，由带宽为 8-THz 的 355-nm 波长脉冲激光泵浦时，预示效率为 0.97，单光子纯度为 0.97，对产生率为 0.50 pairs/(s$~$mW$~$THz)。我们的工作为各种量子信息科学应用生产高质量量子光子态提供了一种简单且通用的方法。