基于铌酸锂波导的中红外纯态量子光源

中红外量子光源在气体传感和红外热成像等领域具有广阔的应用前景。然而，目前使用的中红外量子纠缠光源主要依赖于体块周期极化铌酸锂（PPLN）晶体，这限制了其亮度和集成度。本文提出了一种基于铌酸锂薄膜的理论方案，其中使用1556.9 nm的泵浦光产生中心波长为3113.8 nm的纠缠光子对。通过优化波导结构和周期极化设计，实现了II型相位匹配和群速度匹配。这使得横向电场（TE）偏振的泵浦输入能够通过下转换产生具有TE和横向磁场（TM）偏振的光子对。此外，结合用于PPLN波导中偏振方向定制设计的畴排列算法，实现了精确的相位匹配，从而产生纯度高达0.999、亮度为6.18×10^6 cps/mW的量子光源，其亮度比体块PPLN晶体光源高三个数量级。这项研究为实现中红外波段高亮度、高纯度的片上量子光源提供了一种有前景的解决方案。