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此示例演示了如何對真實的光子源進行建模，并將其用作 qINTERCONNECT 的輸入。用直波導中一個長度為L且具有χ ( 2 ) 非線性的局部區(qū)域計算I型SPDC過程的光子產生速率和波函數(shù)，其中泵浦光子被轉換為信號和閑置光子對，從而滿足能量守恒和相位匹配條件。對于相同和不相同的光源，證明了來自兩個獨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 Lumerical 腳本文件進行設置和運行。接下來，運行 python 腳本以生成用作 qINTERCONNECT 輸入的狀態(tài)。然后，qINTERCONNECT 仿真通過 Python API 運行，可以直接在 INTERCONNECT 中運行，也可以在外部 Python 環(huán)境中運行。由于 qINTERCONNECT 需要 INTERCONNECT GUI 許可證才能運行，因此至少需要兩個 GUI 許可證才能直接從 INTERCONNECT 環(huán)境運行 qINTERCONNECT。

自發(fā)參量下變頻是一種非線性光學過程，其中泵浦頻率的光子被轉換為一對光子，標記為信號光子和閑置光子，從而實現(xiàn)能量守恒并滿足相位匹配條件。在I型SPDC中，信號光子和閑置光子具有相同的偏振，這與泵浦偏振正交。信號光子和閑置光子之間的光譜相關性由雙光子波函數(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度。然后，泵浦光/信號光和閑置光的色散曲線，然后進行二次擬合。

第 2 步：對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)計算了描述光源的光子對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。

運行和結果

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，對泵浦光/信號光和閑置光進行掃描以產生色散曲線，如下圖所示。

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

第 2 步：對生成速率和雙光子波函數(shù)

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

在此步驟中，使用上一步中的參數(shù)計算光子對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)境中打開并運行腳本simulate_biphoton_wavefunction.py。

雙光子波函數(shù)用于生成一個 ket 矢量，該矢量以離散頻率 Fock 為基礎描述發(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)的下降端口檢測一個或兩個光子的成功概率。