قياس الكم التدخل في المصدر السيليكون الدائري الرنان فوتون
Summary
السيليكون رقائق الضوئية لديها القدرة على تحقيق أنظمة الكم متكاملة معقدة. المقدمة هنا هي طريقة لإعداد واختبار رقاقة السيليكون الضوئية لقياس الكم.
Abstract
السيليكون رقائق الضوئية لديها القدرة على تحقيق الدوائر المتكاملة نوعية معقدة معالجة المعلومات، بما في ذلك مصادر الفوتون، والتلاعب و qubit، وكشف المتكاملة فوتون واحد. هنا، نقدم الجوانب الرئيسية لإعداد واختبار السليكون الضوئية رقاقة الكم مع مصدر الفوتون متكامل وتداخل ثنائي الفوتون. الجانب الأكثر أهمية من دائرة نوعية متكاملة والتقليل فقدان بحيث يتم الكشف عن كل من الفوتونات ولدت مع أعلى الإخلاص الممكنة. هنا، نحن تصف كيفية تنفيذ المنخفضة خسارة حافة اقتران باستخدام ألياف فائقة الفتحة العددية لتتناسب عن كثب الوضع في الدليل الموجي السيليكون. باستخدام الأمثل وصفة الانصهار الربط، وربطه الألياف أونة بسلاسة مع الألياف أحادية النمط القياسي. هذا اقتران المنخفضة خسارة يسمح للقياس الإنتاج الفوتون عالية الدقة في مرنان متكامل حلقة السليكون ولاحقة تدخل ثنائي الفوتون من ع المنتجةhotons في تداخل ماخ زيندر متكاملة بشكل وثيق. وتصف هذه الورقة الإجراءات الضرورية لإعداد وتوصيف عالية الأداء والسيليكون الكم الدوائر الضوئية للتحجيم.
Introduction
السيليكون تبدو واعدة كبيرة بوصفه منصة الضوئيات لمعالجة المعلومات الكمومية 1، 2، 3، 4، 5. واحدة من المكونات الحيوية الدوائر الضوئية الكم هو المصدر الفوتون. وقد وضعت مصادر الفوتون الزوج من السيليكون في شكل المرنانات الدائري الصغير مصنوع عن طريق ثالث ترتيب عملية غير الخطية، عفوية أربع موجة خلط (SFWM) 6 و 7 و 8. هذه المصادر هي قادرة على انتاج أزواج من الفوتونات لا يمكن تمييزها، والتي تعتبر مثالية لإجراء التجارب التي تنطوي على الفوتون التورط 9.
ومن المهم أن نلاحظ أن عصابة يمكن لمصادر مرنان تعمل مع كل من عقارب الساعة ونشر عكس اتجاه عقارب الساعة، واثنين من الاتجاهات المختلفة انتشار الجينحشد مستقلة عن بعضها البعض. وهذا يسمح حلقة واحدة لكنواتين المصادر. عندما ضخ بصريا من كلا الاتجاهين، هذه المصادر تولد الدولة المتشابكة التالية:
أين 
و 
هي مشغلي خلق مستقلة للالفوتونات ثنائية clockwise- ونشر عكس اتجاه عقارب الساعة، على التوالي. هذا هو شكل من المرغوب فيه جدا من الدولة المتشابكة المعروفة باسم دولة N00N (N = 2) (10).
تمر هذه الدولة من خلال ماخ زيندر تداخل على رقاقة (MZI) ينتج في الدولة:
تتأرجح هذه الدولة بين أقصى قدر من قبيل المصادفة والصفر مصادفة في مرتينوتيرة التدخل الكلاسيكية في MZI، وذلك بمضاعفة حساسية تداخل 10. هنا، نقدم الإجراءات المستخدمة لاختبار هذا مصدر الفوتون متكامل وجهاز MZI.
Protocol
Representative Results
Discussion
هناك تحديات متعددة لمجال الضوئيات متكاملة لالتغلب عليها من أجل لأنظمة معقدة وقابلة للتطوير الأجهزة الضوئية مجدية. وتشمل هذه، ولكنها لا تقتصر على: التحمل تلفيق ضيقة، بمعزل عن عدم الاستقرار البيئية، والتقليل من جميع أشكال الخسارة. هناك خطوات حاسمة في البروتوكول أعلا?…
Divulgations
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
تم تنفيذ هذا العمل في جزء في جامعة كورنيل النانومترية الحجم العلوم والتكنولوجيا مرفق، وهو عضو في شبكة تقنية النانو البنية التحتية الوطنية، وهو مدعوم من قبل مؤسسة العلوم الوطنية (جرانت ECCS-1542081). ونحن نعترف الدعم لهذا العمل من مختبر أبحاث سلاح الجو (أي إف آر إل). وتستند هذه المواد على العمل دعما جزئيا من قبل مؤسسة العلوم الوطنية تحت رقم جائزة ECCS14052481.
Materials
| 3-Axis NanoMax Flexure Stage | Thorlabs | MAX312D | Precision 3-axis stages |
| Three Channel Piezo Controller | Thorlabs | MDT693B | Piezo controllers for NanoMax stages |
| Fiber Polarization Controller | Thorlabs | FPC562 | 3-Paddle fiber-based polarization controller |
| Fiber Cleaver | Thorlabs | XL411 | Fiber cleaver |
| Standard V-Groove Fiber Holder | Thorlabs | HFV001 | standard v-groove mount |
| Tapered V-Groove Fiber Holder | Thorlabs | HFV002 | tapered v-groove mount |
| Right-Angle Top Plate for NanoMax Stage | Thorlabs | AMA011 | right-angle bracket |
| 50:50 Fiber Optic Coupler | Thorlabs | TW1550R5F1 | 50/50 combiner |
| Optical Fiber Fusion Splicer | Fujikura | FSM-40S | Fusion splicer |
| MultiPrep Polishing System – 8" | Allied High Tech | 15-2100 | Chip polisher |
| Cross-Sectioning Paddle with Reference Edge | Allied High Tech | 15-1010-RE | Polishing mount |
| Lightwave Measurement System | Keysight | 8164B | Mainframe for tunable laser |
| Tunable Laser Source | Keysight | 81606A | Tunable laser |
| Optical Power Sensor | Keysight | 81634B | Power meter |
| NIR Single Photon Detector | ID Quantique | ID210 | Single photon detectors |
| NIR Single Photon Detector | ID Quantique | ID230 | Low noise, free-running single photon detectors |
| PicoHarp | PicoQuant | PicoHarp 300 | Time-correlated single photon counting |
| WiDy SWIR InGaAs Camera | NIT | 640U-S | IR Camera |
| WDM Bandpass Filter | JDS Uniphase | 30055053-368-2.2 | pump cleanup filters |
| WDM Bandpass Filter | JDS Uniphase | 1011787-012 | pump rejection filters |
| Ultra-High Numerical Aperture Fiber | Nufern | UHNA-7 | high index fiber |
| Ultra Optical Single Mode Fiber | Corning | SMF-28 | standard single mode fiber |
References
- Silverstone, J. W., et al. On-chip quantum interference between silicon photon-pair sources. Nat. Photon. 8 (2), 104-108 (2014).
- Harris, N. C., et al. Integrated Source of Spectrally Filtered Correlated Photons for Large-Scale Quantum Photonic Systems. Phys. Rev. X. 041047, 1-10 (2014).
- Grassani, D., et al. Micrometer-scale integrated silicon source of time-energy entangled photons. Optica. 2 (2), 88 (2015).
- Najafi, F., et al. Scalable Integration of Single-Photon Detectors. Nat. Commun. 6, 1-8 (2015).
- Dutt, A., et al. On-Chip Optical Squeezing. Phys. Rev. Appl. 3 (4), 1-7 (2015).
- Azzini, S., et al. Ultra-low power generation of twin photons in a compact silicon ring resonator. Opt. Express. 20 (21), 23100-23107 (2012).
- Clemmen, S., et al. Continuous wave photon pair generation in silicon-on-insulator waveguides and ring resonators erratum. Opt. Express. 17 (19), 16558 (2009).
- Engin, E., et al. Photon pair generation in a silicon micro-ring resonator with reverse bias enhancement. Opt. Express. 21 (23), 27826-27834 (2013).
- Steidle, J. a., et al. High spectral purity silicon ring resonator photon-pair source. Proc. of SPIE. 9500, 950015 (2015).
- Preble, S. F., et al. On-Chip Quantum Interference from a Single Silicon Ring-Resonator Source. Phys. Rev. Appl. 4, 021001 (2015).
- Cao, L., Aboketaf, A. A., Preble, S. F. CMOS compatible micro-oven heater for efficient thermal control of silicon photonic devices. Opt. Commun. 305, 66-70 (2013).
- Chrostowski, L., Hochberg, M. . Silicon Photonics Design. , (2013).
