背景：高速C-波段单光子源，量子网络的核心瓶颈

面向长距离光纤量子通信，电信 C-波段（1550 nm）是最优工作波段，光纤传输损耗最小。 半导体量子点是确定性单光子源的核心方案，过去 C-波段量子点单光子实验大多局限于 80-100 MHz 泵浦激光重复频率。想要提升 QKD、光量子网络的数据吞吐，必须迈向GHz级别的泵浦激光时钟频率。

但 GHz 高重频实验存在巨大挑战：量子点能级有限寿命会带来脉冲交叠，同时会劣化单光子纯度（g⁽²⁾(0)）与光子不可区分度（HOM 干涉可见度），这对激发光源提出严苛要求：需要GHz 高重频、超低定时抖动、低相位噪声、长期稳定可 7×24 小时运行的飞秒光源。

近期由德国柏林工大、维尔茨堡大学、明斯特大学做了一项联合研究，其主要内容：使用Menhir-1550作为2.5 GHz双光子共振激发光源。

该团队使用InAs/InP 量子点 + 混合圆形布拉格光栅微腔，依靠非对称 Purcell 增强加速双激子（XX）衰减，双激子寿命 T₁ˣˣ=64 ps。 采用双光子共振激发（TPE）方案，直接选用Menhir-1550，2.5 GHz 重复频率飞秒激光器作为系统的时钟激发源，完成 C-波段 GHz 速率单光子产生实验。该2.5GHz重频飞秒激光泵浦出的单光子源现了 2.2 MHz 的探测光子率；与采用 100 MHz 时钟激励的情况相比，该计数率提高了约 12 倍。假设制备保真度为 80%，理论推导由 100 MHz 泵浦频率提升至 2.5 GHz 的，计数率理论上的最大提升倍数可达 13.5 倍；这一计算结果与观测到的 12 倍提升倍数实验结果高度吻合。

图1在 2.5 GHz 时钟驱动的 TPE 条件下测得的 QD 光谱

图2 XX态在频率为 2.5 GHz（红色）与 0.1 GHz（蓝色）时钟驱动的 TPE 条件下的二阶自相关函数

图3 2.5 GHz时钟频率下运行的 TPE 系统中的 XX 态

图4 TPI可见度与辐射寿命比之间的依赖关系。黑色实线表示理论上的最大可见度Vmax，即TPE随双激子（T1 XX）与激子（T1 X）寿命比变化的函数关系

关键实验结果

单光子纯度：2.5 GHz 下，经过闪烁效应校正，实现＜4% 的多光子抑制，维持优秀单光子发射特性。对比同波段电激发 GHz 量子点光源，性能具备明显优势。

光子不可区分度（HOM 双光子干涉）：；扣除高重频带来脉冲交叠的系统误差，校正后可见度达到 89%，与理论极限高度吻合。

这是电信 C-波段实现 2.5 GHz 泵浦时钟速率，同时保持接近理论极限的光子不可区分度，为高速光纤量子信息协议铺平道路。

更多实验详细内容可点击：“Gigahertz-clocked Generation of Highly Indistinguishable Photons at C-band Wavelengths”

为什么量子点共振激发选择 Menhir-1550？

Menhir-1550 是瑞士 Menhir Photonics 推出的一体化工业级 1550 nm GHz 飞秒激光器，先锋科技为国内授权代理。

1、GHz 高重频原生输出：标准可选 250 MHz /1 GHz /2.5 GHz，可支持定制重频，完美匹配量子点高速激发需求。

2、超低噪声性能：定时抖动＜2 fs，相位噪声优异，保证双光子共振激发相干性，避免噪声破坏光子不可区分性。

3、All-in-one 气密封装，交钥匙插电即用，支持7×24 小时无人值守连续运行，长时间量子点实验无需频繁维护调试。

4、变换极限孤子脉冲，1550 nm 波段，光纤输出，适配量子光学、光频梳、微波光子学等多类科研场景。

多成熟应用场景

除量子点单光子源双光子共振激发之外，Menhir-1550 还广泛用于：

• GHz 间隔光频梳、天文光梳、双梳光谱测距；

• 量子通信、量子精密测量；

• 加速器定时同步、微波光子、ADC 光采样；

• OEM 系统集成。

参考文章：“Gigahertz-clocked Generation of Highly Indistinguishable Photons at C-band Wavelengths” 2026 Robert Behrends Institute of Physics and Astronomy, Technical Univeristy Berlin, Hardenbergstraße 36, 10623 Berlin, Germany