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此示例演示了如何對(duì)真實(shí)的光子源進(jìn)行建模，并將其用作 qINTERCONNECT 的輸入。用直波導(dǎo)中一個(gè)長(zhǎng)度為L(zhǎng)且具有χ ( 2 ) 非線性的局部區(qū)域計(jì)算I型SPDC過(guò)程的光子產(chǎn)生速率和波函數(shù)，其中泵浦光子被轉(zhuǎn)換為信號(hào)和閑置光子對(duì)，從而滿足能量守恒和相位匹配條件。對(duì)于相同和不相同的光源，證明了來(lái)自兩個(gè)獨(dú)立源的光子之間的干涉。

概述

本例中的仿真是使用 MODE 和 qINTERCONNECT 求解器執(zhí)行的。模擬在 MODE 中通過(guò) Lumerical 腳本文件進(jìn)行設(shè)置和運(yùn)行。接下來(lái)，運(yùn)行 python 腳本以生成用作 qINTERCONNECT 輸入的狀態(tài)。然后，qINTERCONNECT 仿真通過(guò) Python API 運(yùn)行，可以直接在 INTERCONNECT 中運(yùn)行，也可以在外部 Python 環(huán)境中運(yùn)行。由于 qINTERCONNECT 需要 INTERCONNECT GUI 許可證才能運(yùn)行，因此至少需要兩個(gè) GUI 許可證才能直接從 INTERCONNECT 環(huán)境運(yùn)行 qINTERCONNECT。

自發(fā)參量下變頻是一種非線性光學(xué)過(guò)程，其中泵浦頻率的光子被轉(zhuǎn)換為一對(duì)光子，標(biāo)記為信號(hào)光子和閑置光子，從而實(shí)現(xiàn)能量守恒并滿足相位匹配條件。在I型SPDC中，信號(hào)光子和閑置光子具有相同的偏振，這與泵浦偏振正交。信號(hào)光子和閑置光子之間的光譜相關(guān)性由雙光子波函數(shù)描述，這限制了單光子源的不可區(qū)分性。

一旦產(chǎn)生雙光子波函數(shù)，它就可以用作qINTERCONNECT中電路的輸入。例如，可以使用滴環(huán)濾光片將兩個(gè)光子與光源分開。

第 1 步：非線性模式重疊和色散曲線擬合

第一步是計(jì)算有效的非線性模態(tài)重疊面積，這決定了非線性相互作用的強(qiáng)度。然后，泵浦光/信號(hào)光和閑置光的色散曲線，然后進(jìn)行二次擬合。

第 2 步：對(duì)生成速率和雙光子波函數(shù)

根據(jù)有效非線性模式重疊面積和上一步的二次擬合參數(shù)計(jì)算了描述光源的光子對(duì)生成速率和雙光子波函數(shù)。

第 3 步：qINTERCONNECT 仿真

雙光子波函數(shù)用作qINTERCONNECT仿真的輸入。

運(yùn)行和結(jié)果

第 1 步：非線性模式重疊和色散曲線擬合

1.在 MODE 環(huán)境中打開并運(yùn)行腳本 run_mode_calcs.lsf。

腳本 run_mode_calcs.lsf 加載布局文件并執(zhí)行掃描以計(jì)算反向有效耦合面積 [1]，

這與自發(fā)參數(shù)下變頻中涉及的模式重疊成正比。此信息將保存到文本文檔 inv_A_mat.txt 。接下來(lái)，對(duì)泵浦光/信號(hào)光和閑置光進(jìn)行掃描以產(chǎn)生色散曲線，如下圖所示。

然后對(duì)色散曲線進(jìn)行二次擬合，并將系數(shù)保存為fit_params.txt。

第 2 步：對(duì)生成速率和雙光子波函數(shù)

1.在 MODE 環(huán)境中打開并運(yùn)行腳本generate_biphoton_wavefunction.py。

在此步驟中，使用上一步中的參數(shù)計(jì)算光子對(duì)生成速率和雙光子波函數(shù)。圖中顯示了用戶定義的泵包絡(luò)函數(shù)，以及根據(jù)源幾何形狀確定的相位匹配功能。這些的乘積是雙光子波函數(shù)，如下圖所示。最后，還顯示了頻率離散化的雙光子波函數(shù)，該波函數(shù)可用作qINTERCONNECT中電路的輸入，如下一步所示。

第 3 步：qINTERCONNECT 仿真

1.在 MODE 環(huán)境中打開并運(yùn)行腳本simulate_biphoton_wavefunction.py。

雙光子波函數(shù)用于生成一個(gè) ket 矢量，該矢量以離散頻率 Fock 為基礎(chǔ)描述發(fā)射光子的狀態(tài)。然后，將ket矢量用作qINTERCONNECT中下環(huán)濾波器的輸入。運(yùn)行 python 腳本將執(zhí)行模擬并顯示以下窗口，顯示從環(huán)的下降端口檢測(cè)一個(gè)或兩個(gè)光子的成功概率。