案例分享| PPLN驱动的宽带量子合成器：实现超快压缩光脉冲源的关键突破

量子技术是英国和加拿大工业战略的重要组成部分，有望彻底改变数字世界，扩展当前成像设备的能力，并利用量子计算解决复杂计算难题以促进新药研发。宽带量子合成器(Broadband Quantum Synthesizer, BQS) 便是其中之一，旨在推进超快量子光学的前沿，其目的是开发世界上第一个超宽带压缩光脉冲封装源，这是对下一代传感、通信和成像量子技术至关重要的工具。

核心目标

BQS 计划的核心是开发持续时间低于100fs的压缩光脉冲，理想情况下低于40fs，实现 >3dB 的量子噪声降低。这些“压缩”光态是纠缠的光场，其灵敏度和信息容量超过了经典光。它们构成了量子计量学的基础，能够在光谱学、显微镜学和成像中实现前所未有的测量精度，并且对于量子通信和计算系统至关重要。

尽管使用连续光或长脉冲可以产生更高的压缩（>15dB），但目前还没有实际的解决方案能够在超快时间尺度上产生宽带、高度压缩的光。这对于先进的量子应用来说是一个主要限制，特别是在生物成像领域，生物事件往往发生在飞秒时间尺度上。BQS项目旨在通过一个紧凑、可靠的光源来填补这一空白。

压缩光（Squeezed Light）是一种特殊的量子态光场，通过非线性过程产生。光场的某个特定正交分量（例如，振幅或相位）的量子噪声被压缩，达到低于标准量子极限。这种噪声的重新分配突破了经典测量精度的限制，因此在超精密测量、量子干涉仪、量子传感以及量子信息处理等领域有着重要的应用。

BQS创新架构

BQS系统将围绕一种名为傅里叶平面非线性光学的创新方法构建。该技术已获得专利，并独家授权给Few-Cycle Inc.（美国专利 9,910,339），克服了长期以来阻碍超快压缩光生成技术的发展问题——增益和带宽之间的权衡。在这个系统中，超宽带脉冲在脉冲整形器的傅里叶平面上进行光谱分解。每个窄带光谱切片都在空间复用的非线性晶体中被单独放大，具体来说是Covesion开发的周期性极化的铌酸锂（PPLN）晶体。这些切片随后被重新组合，产生一个短的、高度压缩的脉冲，覆盖了宽带宽（目标是>100nm，并且在未来原型中可达300nm），这就是名字中合成器的体现。Covesion 贡献了在定制 PPLN 晶体方面的先进技术，晶体具有空间变化的极化周期，可在傅里叶面上实现关键相位匹配。

这种架构允许对每个频率分量进行相位匹配的独立操控，绕开了传统参量放大技术OPA的限制，能够生成持续时间低于100fs的压缩脉冲，有望达到40fs。

应用前景

BQS系统的成功开发将为连续变量量子光学提供一个关键的构建模块。在这一领域，数十亿光子之间的宏观纠缠能够实现当今已知的最灵敏的测量。其应用包括：

量子增强非线性显微镜，能够更精确地检测微弱的生物信号。

安全通信，通过将压缩光嵌入量子密钥分发系统。

量子计算，特别是在利用连续变量态的架构中。

量子光谱学，提供对超快分子动力学的访问，其分辨率是以前无法达到的。

该系统还将经过验证，用于量子阿秒光谱学，这是一个新出现的领域，需要具有极高时间和光谱精度的压缩脉冲。

BQS平台将有三种主要的商业输出：

用于研究和工业实验室的独立量子合成器。

用于显微镜和材料加工的下一代光学参量放大器。

如扇形周期PPLN晶体等子组件，扩展Covesion的全球QT供应链产品线。

Covesion扇形周期PPLN晶体

Covesion现已推出扇形周期结构（fan-out grating）的MgO:PPLN晶体。该结构可在晶体温度保持恒定的情况下，通过横向移动晶体即可实现相位匹配的大范围波长调谐。

特别适用于：

光学参量振荡器（OPO）：针对在1064 nm 泵浦光实现宽可调谐的中红外输出进行了优化。

差频产生（DFG）：在宽调谐范围内具有灵活的相位匹配特性，非常适合用于以中红外输出为目标的差频系统。

可提供的标品如下，Covesion具备专业的定制设计和制造服务，如果您有更多需求，欢迎随时联系我们。昊量光电非常乐意与您沟通，共同探讨如何满足您的需求。

英国Covesion有限公司是一家拥有超过20年经验的公司，专注于高效非线性频率转换的MgO:PPLN（氧化镁掺杂周期极化铌酸锂）晶体和波导的研究、开发和制造。我们提供广泛的产品，包括PPLN块体晶体、PPLN波导以及PPLN配件。此外，还提供定制PPLN服务，利用其极化技术为独特的PPLN晶体设计和制造提供广泛的技术支持，包括整个周期结构设计、掩膜设计、晶体极化、切块、抛光和镀膜增透，以满足特定波长转换需求。