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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 ) 非線性的局部區域計算I型SPDC過程的光子產生速率和波函數，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。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 環境運行 qINTERCONNECT。

自發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描述，這限制了單光子源的不可區分性。

一旦產生雙光子波函數，它就可以用作qINTERCONNECT中電路的輸入。例如，可以使用滴環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

根據有效非線性模式重疊面積和上一步的二次擬合參數計算了描述光源的光子對生成速率和雙光子波函數。

第 3 步：qINTERCONNECT 仿真

雙光子波函數用作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 加載布局文件并執行掃描以計算反向有效耦合面積 [1]，

這與自發參數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，并將系數保存為fit_params.txt。

第 2 步：對生成速率和雙光子波函數

1. 在 MODE 環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計算光子對生成速率和雙光子波函數。圖中顯示了用戶定義的泵包絡函數，以及根據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，如下圖所示。最后，還顯示了頻率離散化的雙光子波函數，該波函數可用作qINTERCONNECT中電路的輸入，如下一步所示。

第 3 步：qINTERCONNECT 仿真

1. 在 MODE 環境中打開并運行腳本simulate_biphoton_wavefunction.py。

雙光子波函數用于生成一個 ket 矢量，該矢量以離散頻率 Fock 為基礎描述發射光子的狀態。然后，將ket矢量用作qINTERCONNECT中下環濾波器的輸入。運行 python 腳本將執行模擬并顯示以下窗口，顯示從環的下降端口檢測一個或兩個光子的成功概率。

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