阅读说明：本技术 基于微波共面波导的光子态微波量子态转换器及系统 (Photon state microwave quantum state converter and system based on microwave coplanar waveguide ) 是由 不公告发明人 于 2019-09-06 设计创作，主要内容包括：本发明涉及一种基于微波共面波导的光子态微波量子态转换器及系统,具体为涉及光学器械领域,本申请通过在“L”形中心导体长端的一侧设置有石墨烯层,石墨烯层的一端延伸伸出中心导体的末端,并且将光波导设置在该石墨烯远离中心导体的一侧,光波导的位置与石墨烯的位置相对设置,固定电极板设置在中心导体远离石墨烯层的一侧,且固定电极板与石墨烯层的位置相对,当光波导中传递出光子的时候,光子击打在石墨烯层上,该石墨烯层和该固定电极板之间形成了一个电容,由于该石墨烯层在该光子的作用下发生振动,使得该电容的电压发生改变,进而在电容效应下该电容之间产生一个微波量子,从而实现了光子到微波量子的转化,并且该转换器结构简单。(The present invention relates to a kind of photon state microwave quantum state converter and system based on microwave coplanar waveguide, specially it is related to optical instrument field, the application is by being provided with graphene layer in the side at the long end of L shape center conductor, one end of graphene layer extends the end for stretching out center conductor, and side of the graphene far from center conductor is arranged in optical waveguide, the position of optical waveguide and the position of graphene are oppositely arranged, side of the centrally disposed conductor of fixed plate electrode far from graphene layer, and fixed plate electrode is opposite with the position of graphene layer, when passing out photon in optical waveguide, photon strikes on graphene layer, a capacitor is formd between the graphene layer and the fixed plate electrode, since the graphene layer vibrates under the action of the photon, so that the voltage of the capacitor changes, and then in capacity effect A microwave quantum is generated between the lower capacitor, to realize the conversion of photon to microwave quantum, and the converter structure is simple.)

基于微波共面波导的光子态微波量子态转换器及系统

技术领域

本发明涉及光学器械领域，具体而言，涉及一种基于微波共面波导的光子态微波量子态转换器及系统。

背景技术

近年来随着量子信息技术的飞速发展，各种基于量子效应的应用不断涌现，将光子转化为量子是目前最新的研究课题之一，其中，光子是电磁辐射的载体，而在量子场论中光子被认为是电磁相互作用的媒介子，微波量子是微波的最小单元。

现有技术中，将光子转化为微波量子的方法主要使用转换器包括两个电磁谐振器，一个光频率，一个微波频率，共享一个机械谐振器，机械谐振器有一薄膜组成，能自由震动；光频谐振器包括一个法布里-波罗腔，膜振动并调制光腔谐振频率，膜部分导电并组成微波谐振器的电感电路中电容的一部分，因为薄膜自由振动，所以可以调制微波电路的电容，进而调制谐振频率。

但是，上述转换器结构复杂，稳定性低。

发明内容

本发明的目的在于，针对上述现有技术中的不足，提供一种基于微波共面波导的光子态微波量子态转换器及系统，以解决现有技术中转换器结构复杂，稳定性低的问题。

为实现上述目的，本发明实施例采用的技术方案如下：

第一方面，本发明实施例提供了一种基于微波共面波导的光子态微波量子态转换器，转换器包括：光波导、石墨烯层、中心导体和固定电极板；

中心导体呈“L”形，“L”形中心导体的长端的一侧上贴附有石墨烯层，石墨烯层的一端延伸出中心导体的长端的末端，光波导设置在石墨烯层远离中心导体的一侧，且与石墨烯层延伸的部分相对设置，固定电极板设置在中心导体远离石墨烯层的一侧，且与石墨烯层相对设置。

可选地，该光波导为光纤。

可选地，该光纤与石墨烯层的距离不大于200纳米。

可选地，该光子态微波量子态转换器还包括金属层，金属层设置在石墨烯层靠近光纤的一侧。

可选地，该金属层的材料包括：金、银或钼中至少一种贵金属材料。

可选地，该固定电极板靠近石墨烯层的一侧设置多个金属凸起。

可选地，该中心导体靠近石墨烯层的位置开设有孔洞。

可选地，该光子态微波量子态转换器还包括振动层，振动层涂覆在中心导体靠的孔洞上。

可选地，该振动层的材料为石墨烯。

第二方面，本发明实施例提供了另一种基于微波共面波导的光子态微波量子态转换器系统，光子态微波量子态转换器系统包括：光源和上述第一方面任意一项的光子态微波量子态转换器，光源设置在与光波导远离固定电极板的一端。

本发明的有益效果是：

本申请通过在“L”形中心导体长端的一侧设置有石墨烯层，石墨烯层的一端延伸伸出该中心导体的末端，并且将光波导设置在该石墨烯远离中心导体的一侧，该光波导的位置与该石墨烯的位置相对设置，该固定电极板设置在中心导体远离石墨烯层的一侧，且该固定电极板与石墨烯层的位置相对，当该光波导中传递出光子的时候，该光子击打在该石墨烯层上，该石墨烯层和该固定电极板之间形成了一个电容，由于该石墨烯层在该光子的作用下发生振动，使得该电容的电压发生改变，进而在电容效应下该电容之间产生一个微波量子，从而实现了光子到微波量子的转化，并且该转换器结构简单，由于该转换器结构简单，输入一个光子就可以输出一个微波量子，所以该转换器稳定性高。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1为本发明一实施例提供的一种基于微波共面波导的光子态微波量子态转换器的结构示意图；

图2为本发明一实施例提供的另一种基于微波共面波导的光子态微波量子态转换器的结构示意图；

图3为本发明一实施例提供的另一种基于微波共面波导的光子态微波量子态转换器的结构示意图。

图标：10-光波导；20-中心导体；30-石墨烯层；40-固定电极板；50-金属层；60-振动层。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

此外，术语“水平”、“竖直”等术语并不表示要求部件绝对水平或悬垂，而是可以稍微倾斜。如“水平”仅仅是指其方向相对“竖直”而言更加水平，并不是表示该结构一定要完全水平，而是可以稍微倾斜。

在本发明的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

图1为本发明一实施例提供的一种基于微波共面波导的光子态微波量子态转换器的结构示意图，如图1所示，本申请实施例提供一种基于微波共面波导的光子态微波量子态转换器，转换器包括：光波导10、石墨烯层30、中心导体20和固定电极板40；中心导体20呈“L”形，“L”形中心导体20的长端的一侧上贴附有石墨烯层30，石墨烯层30的一端延伸出中心导体20的长端的末端，光波导10设置在石墨烯层30远离中心导体20的一侧，且与石墨烯层30延伸的部分相对设置，固定电极板40设置在中心导体20远离石墨烯层30的一侧，且与石墨烯层30相对设置。

该中心导体20呈“L”形，该“L”形中心导体20包括长端和短端，该“L”形中心导体20可以为一体成型设置，也可以是由长端和短端焊接在一起，该石墨烯层30贴附在该“L”形中心导体20长端的末端，且该石墨烯层30的一部分延伸出该“L”形中心导体20长端的末端，该光波导10设置在该石墨烯层30远离该中心导体20的一侧，且该光波导10的设置位置与该石墨烯层30突出该中心导体20的位置相对，使得从该光波导10发出的光子，可以直接击打在该石墨烯层30上，该固定电极板40设置在该中心导体20远离该石墨烯层30的一侧，且该固定电极板40的设置位置与该石墨烯层30的位置相对设置，使得该石墨烯层30突出该中心导体20的部分与该固定电极板40之间形成一个电容；当该光波导10发出光子之后，光子直接击打在该石墨烯层30之上，使得该石墨烯层30发生振动，当该石墨烯层30发生振动的时候，该石墨烯层30与该固定电极板40之间形成的电容之间的距离会发生改变，从而改变该电容的电压，在电容效应的作用下，该电容之间会产生一个微波量子，从而实现了从光子到微波量子的转换，需要说明的是，该中心导体20的具体厚度根据实际情况进行设置，在此不做限定，该固定电极板40与该石墨烯层30对应位置的面积根据实际情况进行设置，在此不做限定，该光波导10可以是平面光波导10，也可以是光纤，根据实际情况和工作人员经验进行设定，在此不做限定。

可选地，光波导10为光纤。

光纤使得光子可以垂直于该光纤端面射出，本申请中的光波导10可以选择光纤，将光纤设置在该中心导体20远离该固定电极板40的一侧，该光纤的出射口与该石墨烯层30相对，使得该光纤出射的光子直接击打在该石墨烯层30上。

可选地，光纤与石墨烯层30的距离不大于200纳米。

为了使得光子照射在该石墨烯层30上实现近场激发，并减少光波导10发出的光照射在该石墨烯层30上需要聚焦的过程，则该光纤与该石墨烯层30的距离不大于200纳米，在实际应用中，该光纤与石墨烯层30的具体根据实际需要和工作人员经验进行设定，在此不做限定，优选的，该石墨烯层30与该光纤的距离可以为：150纳米、100纳米或者80纳米。

图2为本发明一实施例提供的另一种基于微波共面波导的光子态微波量子态转换器的结构示意图，如图2所示，可选地，光子态微波量子态转换器还包括金属层50，金属层50设置在石墨烯层30靠近光纤的一侧。

为了使得该石墨烯层30更好的对光子进行吸收，并在吸收之后产生一定的振动，则可以在该石墨烯层30靠近该光纤的一侧设置一层金属层50，该金属层50可以加强该石墨烯层30对该光子的吸收，减少光子的流失。

可选地，金属层50的材料包括：金、银或钼中至少一种贵金属材料。

由于贵金属具有良好的光电效应，则可以将该金属层50的材料设置为贵金属材料，在贵金属材料中可以选择金、银或钼材料为金属层50的材料，一般的，该金属层50的材料可以为金、银或钼中的一种贵金属材料，也可以为金、银或钼中多种金属的混合材料，若该金属层50为混合材料，该金、银或钼的比例根据实际情况进行选择，在此不做限定。

可选地，固定电极板40靠近石墨烯层30的一侧设置多个金属凸起。

为了使得该石墨烯层30和该固定电极板40形成的电容将产生的微波量子集中在表面位置，则可以在该固定电极板40靠近该石墨烯层30的一侧设置多个金属凸起（图中未示出），多个金属凸起缩小了该固定电极板40和该石墨烯层30之间的距离，从而使得当该石墨烯层30在光子的作用下振动时，对该电容的改变更大。

可选地，中心导体20靠近石墨烯层30的位置开设有孔洞。

为了更好的在光子击打该石墨烯层30的时候，改变石墨烯层30与该固定电极板40之间的距离，从而更好的改变电容，则可以在该中心导体20靠近该石墨烯层30的位置开设孔洞，通过该孔洞可以更好的改变石墨烯层30与该固定电极板40之间的距离，从而达到更好的改变电容的目的。

图3为本发明一实施例提供的另一种基于微波共面波导的光子态微波量子态转换器的结构示意图，如图3所示，可选地，光子态微波量子态转换器还包括振动层60，振动层60涂覆在中心导体20靠的孔洞上。

在该孔洞上涂覆振动层60，以增加石墨烯层30在光子的击打下的振动幅度。

可选地，该振动层60的材料为石墨烯。

本申请通过在“L”形中心导体20长端的一侧设置有石墨烯层30，石墨烯层30的一端延伸伸出该中心导体20的末端，并且将光波导10设置在该石墨烯远离中心导体20的一侧，该光波导10的位置与该石墨烯的位置相对设置，该固定电极板40设置在中心导体20远离石墨烯层30的一侧，且该固定电极板40与石墨烯层30的位置相对，当该光波导10中传递出光子的时候，该光子击打在该石墨烯层30上，该石墨烯层30和该固定电极板40之间形成了一个电容，由于该石墨烯层30在该光子的作用下发生振动，使得该电容的电压发生改变，进而在电容效应下该电容之间产生一个微波量子，从而实现了光子到微波量子的转化，并且该转换器结构简单，由于该转换器结构简单，输入一个光子就可以输出一个微波量子，所以该转换器稳定性高。

本申请实施例还提供另一种基于微波共面波导的光子态微波量子态转换器系统，光子态微波量子态转换器系统包括：光源和上述任意一项的光子态微波量子态转换器，光源设置在与光波导10远离固定电极板40的一端。

光源设置在该光波导10远离固定电极板40的一端，用于给该基于微波共面波导的光子态微波量子态转换器系统提供光源，该光源的种类根据实际需要进行选择，在此不做具体限定，一般的，该光源为激光光源，并且该光源 一次可以发出一个光子。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更该和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修该、等同替换、该进等，均应包含在本发明的保护范围之内。