【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及量子光子学超表面，具体涉及一种可提高光子对产生速率的双带quasi-bic超表面。
技术介绍
1、光子作为量子信息处理领域的关键资源，扮演着举足轻重的角色。量子光子学这一新兴领域，正是通过利用光的量子特性，显著提升了通信、计量、成像以及信息处理协议的性能。这种技术的灵活性为科学研究和技术应用开辟了广阔的前景。在光量子技术中，高效地产生和操控光子至关重要。自参量下转换(spdc)，又称参数荧光或参数噪声，是一种经典有效的非线性量子过程，主要用于产生单光子对和纠缠光子。该过程涉及单个光子自发分解为两个低能级光子。然而，受限于非线性量子效应的弱强度和严格的相位匹配条件，spdc的效率相对较低，其产生速率一般在10-12到10-10之间。近年来，尽管研究者们通过设计非线性晶体、光子晶体和波导等结构来提升效率，但这些结构普遍体积较大，不利于实际应用场景的部署。
2、理论上，连续体中的束缚态(bic)展现出无限大的品质因子，这一特性在众多不同材料和系统中均有广泛分布。然而，在实际应用过程中，受制于样本尺寸的限制、材料内部损耗以及结构上的不完美，bic往往演变为品质因子有限的quasi-bic模式，尽管如此，其品质因子依旧维持在较高水平。在光子学领域的应用中，quasi-bic模式凭借其高品质因子引起的强烈共振，显著促进了光与物质间的相互作用。这极大地提升了二次谐波、和频以及spdc等非线性过程的效率。
技术实现思路
1、本专利技术的目的是提供一种通过增强spdc非线性
2、为实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案：
3、一种可提高光子对产生速率的双带quasi-bic超表面，所述双带quasi-bic超表面由周期性排列的单元结构组成，每个单元结构包括一个铌酸锂linbo3材料制成的开口圆盘和二氧化硅sio2衬底；
4、所述开口圆盘上设有开口圆孔，所述开口圆盘的半径为450nm，厚度为150nm，所述开口圆孔的半径为140nm，所述衬底厚度为100nm，所述双带quasi-bic超表面的周期为1500nm。
5、具体的，所述双带quasi-bic超表面为非中心对称结构，所述开口圆孔的圆心距离开口圆盘的圆心距离为410nm。
6、进一步地，所述铌酸锂linbo3在信号光和闲置光的折射率分别为2.217和2.212；所述双带quasi-bic超表面在信号光和闲置光波长处支持quasi-bic模式，并具有高品质因子；所述信号光的波长是1524.9nm，闲置光的波长是1381.9nm。
7、更进一步地，所述quasi-bic模式与信号光和闲置光的频率相匹配时，超表面在信号光波长处由磁偶极子主导引起的电场增强达到180倍，在闲置光波长处由电四偶极子主导引起的电场增强达到160倍。
8、优选的，所述双带quasi-bic超表面在光强100mw/cm2的泵浦光正入射条件下，光子对的生成速率为1.13×106hz；在光强为100mw/cm2的闲置光和信号光同时正入射双带quasi-bic超表面条件下，和频的转换效率为1.4×10-2。
9、在上述技术方案中，双带quasi-bic超表面结构对spdc的逆过程和频非线性转换效率也有显著增强，在闲置光和信号光光强为100mw/cm2同时正入射的条件下，和频的转换效率为1.4×10-2，并且随着泵浦强度的增大而提高。
10、一种对上述双带quasi-bic超表面的分析方法，包括利用软件comsol对超表面结构进行透射谱分析、开口圆孔的大小和位置调整对超表面品质因子的影响分析以及对超表面结构的多级分析，其中所述对超表面结构的多级分析包括以下步骤：
11、步骤1、对双带quasi-bic超表面结构进行多级分解，总散射的功率表示为：
12、
13、上式中五个分量分别表示电偶极子ed、磁偶极子md、环偶极子td、电四偶极子eq、磁四偶极子mq的散射；
14、其中，ed：
15、md：
16、td：
17、eq：
18、mq：
19、磁偶极子分布的均方半径：
20、上式中，j表示电流密度；c表示光速；r表示长度；d3r表示单元的体积；r表示位移矢量；下标α,β＝x，y，z，表示笛卡尔坐标系下的x，y，z方向，带下标的量代表对应方向上的分量；ω表示角频率；p代表电偶极子散射功率；m代表磁偶极子散射功率；t代表环偶极子散射功率；qαβ代表电四偶极子散射功率；mαβ代表磁四偶极子散射功率；
21、步骤2、用y方向的线偏振极化波作为激励，针对开口圆孔半径为140nm，距离圆盘中心410nm的双带quasi-bic超表面，将y偏振光入射处的总散射功率扩展为电偶极子ed、磁偶极子md、环偶极子td、电四偶极子eq、磁四偶极子mq，得到y偏振光入射处的电场分布和多级分解结果。
22、与现有技术相比，本专利技术具有以下有益效果：
23、1、本专利技术提供了一种通过增强spdc非线性量子过程以显著提高光子对的生成速率的超表面结构，该超表面结构支持双带quasi-bic模式，并具有高品质因子和极高的电场增强效应，能够有效增强spdc非线性量子过程，从而显著提高光子对生成速率。
24、2、本专利技术提供的可提高光子对产生速率的双带quasi-bic超表面，相对传统非线性晶体、光子晶体和波导等结构而言，体积更小，能够适配更多应用场景。
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1.一种可提高光子对产生速率的双带quasi-BIC超表面，其特征在于，所述双带quasi-BIC超表面由周期性排列的单元结构组成，每个单元结构包括一个铌酸锂LiNbO3材料制成的开口圆盘和二氧化硅SiO2衬底；
2.根据权利要求1所述的一种可提高光子对产生速率的双带quasi-BIC超表面，其特征在于，所述双带quasi-BIC超表面为非中心对称结构，所述开口圆孔的圆心距离开口圆盘的圆心距离为410nm。
3.根据权利要求1所述的一种可提高光子对产生速率的双带quasi-BIC超表面，其特征在于，所述双带quasi-BIC超表面在信号光和闲置光波长处支持quasi-BIC模式，所述信号光的波长是1524.9nm，闲置光的波长是1381.9nm。
4.根据权利要求3所述的一种可提高光子对产生速率的双带quasi-BIC超表面，其特征在于，所述quasi-BIC模式与信号光和闲置光的频率相匹配时，超表面在信号光波长处由磁偶极子主导引起的电场增强达到180倍，在闲置光波长处由电四偶极子主导引起的电场增强达到160倍。
5.根据权利要求1
6.一种对权利要求1-5任一项所述双带quasi-BIC超表面的分析方法，其特征在于，包括以下步骤：
...【技术特征摘要】
1.一种可提高光子对产生速率的双带quasi-bic超表面，其特征在于，所述双带quasi-bic超表面由周期性排列的单元结构组成，每个单元结构包括一个铌酸锂linbo3材料制成的开口圆盘和二氧化硅sio2衬底；
2.根据权利要求1所述的一种可提高光子对产生速率的双带quasi-bic超表面，其特征在于，所述双带quasi-bic超表面为非中心对称结构，所述开口圆孔的圆心距离开口圆盘的圆心距离为410nm。
3.根据权利要求1所述的一种可提高光子对产生速率的双带quasi-bic超表面，其特征在于，所述双带quasi-bic超表面在信号光和闲置光波长处支持quasi-bic模式，所述信号光的波长是1524.9nm，闲置光的波长是1381.9nm。
4.根据权利要求3所...
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