量子干涉效应在硅谐振环光子源测量
Summary
硅光子芯片必须认识到复杂的集成量子系统的潜力。这里介绍的是用于制备和测试对于量子测量硅光子芯片的方法。
Abstract
硅光子芯片必须实现复杂的集成量子信息处理电路，包括光子源，量子位操作和集成的单光子检测器的潜力。这里，我们提出准备和具有集成光子源和双光子干涉仪测试硅光子量子芯片的关键方面。使所有的产生的光子与最高可能的保真度检测的集成量子电路的最重要的方面是最小化损失。在这里，我们描述了如何通过使用超高数值孔径光纤到硅波导的模式紧密地匹配以进行低损耗边缘耦合。通过使用优化熔接配方中，娜纤维无缝地与标准单模光纤接口。这种低损耗耦合允许高保真光子产生的在集成硅环形谐振器的测量和产生的p的后续双光子干扰hotons在紧密结合Mach-Zehnder干涉。本文介绍的高性能和可扩展的硅量子光子电路的制备和表征的基本程序。
Introduction
硅有出息作为光电子平台量子信息处理1，2，3，4，5。一个量子光子电路的重要组成部分是光子源。光子对源已经从硅开发了微环谐振器的通过第三阶非线性方法制备的形式中，自发四波混频（SFWM）6，7，8。这些源能够产生对不可区分的光子，这是理想的，涉及光子缠结9实验的。
需要注意的是环形谐振器源可与顺时针和逆时针传播两个操作是很重要的，并且两个不同的传播方向是基因反弹相互独立。这允许单个环用作两个源。当从两个方向光学泵浦，这些源生成以下纠缠态：
哪里
和
是独立产生算符为clockwise-和逆时针传播的双光子，分别。这是被称为N00N状态（N = 2）10纠缠态的一个非常理想的形式。
通过芯片上的马赫 – 曾德尔干涉仪（MZI）传递这种状态导致的状态：
最大巧合，巧合的零之间的这种状态在振荡两次经典的干涉的在MZI的频率，有效地加倍干涉仪10的灵敏度。这里，我们提出用于测试这种集成光子源和MZI设备的过程。
Protocol
Representative Results
Discussion
有针对的集成光子领域，以便光子器件的复杂和可扩展的系统是可行的，克服多重挑战。这些措施包括，但不限于：紧制造公差，从环境的不稳定性隔离，以及各种形式的损失最小化。有在上述协议，有助于最小化光子器件的损耗的关键步骤。
之一在损失最小化的最重要的要求是紧密匹配的纤维和波导的光学模式。部分困难从大模场直径的SMF（MFD）（〜10微米）的茎。上的集…
Declarações
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
这项工作是部分地在康奈尔大学纳米科学与技术基金，国家纳米技术基础设施网络的成员，这是由美国国家科学基金会（ECCS格兰特-1542081）支持执行。我们承认从美国空军研究实验室（AFRL）这项工作的支持。这种材料是基于由下奖号ECCS14052481美国国家科学基金会部分支持工作。
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 |
Referências
- 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).
