Waiting
Login processing...

Trial ends in Request Full Access Tell Your Colleague About Jove
JoVE Journal Engineering
Click here for the English version

Engineering

מערכת Photonic ליצירת בפוטונים פוליריזציה מוחלטת המבוססת על הפרעות קוונטיות מרובות

Published: September 5, 2019 doi: 10.3791/59705
Automatic Translation
1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1
1Department of Physics, Tokyo University of Science

Summary

אנו מתארים מערכת אופטית עבור הדור של הפוטונים מסובכת הקיטוב הבלתי מותנית המבוססת על אפקטים של הפרעות קוונטיות מרובות עם ערכת זיהוי כדי להעריך את הנאמנות הניסיונית של פוטונים הסתבכו שנוצר.

Abstract

אנו מציגים מקור ביצועים גבוהים של פוטונים מסובכת לפולריזציה, בעלי קצב פליטה גבוה, התפלגות פס רחב, מנוונת ובחירה חופשית. רכושה של המקור מבוסס על אפקט הפרעות קוונטיות מרובות עם תצורה של הלוך ושוב של אינטרנומטר. השפעות ההפרעה הקוונטית מאפשרות להשתמש ביעילות הדור הגבוה של הפוטונים המרלון-מסובכת לתהליך המרה, ולהפרדת זוגות פוטון מנוונת למצבים אופטיים שונים ללא בחירת דואר דרישה. עקרון המערכת האופטית תוארה והמשמש למדידת הפרמטרים של הנאמנות והבל, וכן כדי לאפיין את הפוטונים הפולריזציה שנוצרו ממינימום של שש שילובים של נתונים בקורלציה פולריזציה. האמינות השיגה ופרמטרים של בל חרג ממגבלת המתאם המקומי הקלאסי והיא ראיה ברורה לדור של הפוטונים הפולריזציה ללא תנאי.

Introduction

המצב הסבוך של הפוטונים משך עניין רב בחקר הריאליזם המקומי בתורת הקוונטים וביישומים החדשניים של הצפנה קוונטית1, קוד צפוף קוונטי2, ממסר קוונטי3, וקוונטום טלפורטציה4. פרמטרי המרה ספונטנית למטה (SPDC) הוא תהליך הזמנה שנייה לא לינארית אשר הוצגה ישירות לייצר זוגות פוטון מסובכת במדינות פולריזציה. בשל ההתפתחות האחרונה בטכניקות מדומה התאמת הפאזה, את KTiOPO באופן תקופתי4 (ppktp) ו linbo3 (ppln) הפכו טכניקה סטנדרטית5. מספר סוגים של מקורות שזירה מפותחים על ידי שילוב גבישים לא ליניאריים אלה עם אינטרלומטר שחור6,7,8. במיוחד, הערכה עם זוגות פוטון מקוטב אורתוגונאלי המתקבל על ידי סוג-II SPDC מאפשר ליצור בפוטונים פולריזציה מסובכת מוחלטת וגם להפריד בין מנוונת הקיטוב הפולריזציה מסובכת לתוך אופטי שונים מצבים ללא זיהוי פוסט סלקטיבי7.

לעומת זאת, type-0 SPDC יש את היתרון של התקנה פשוטה יחס פליטה גבוהה של זוגות פוטון9. יתר על כן, זוגות פוטון שנוצר בסוג-0 SPDC להראות רוחב פס רחב הרבה יותר מאשר הפוטונים של סוג-II SPDC. שיעור ייצור הפוטון-זוג לכל יחידת כוח משאבה הוא שתי הזמנות של סדר גודל גבוה יותר בשל רוחב הפס הגדול שלה8. רוחב פס גדול של זוגות פוטון מתואם מאפשר זמן קצר מאוד בצירוף מקרים בין זוגות פוטון שזוהו. מאפיין זה הוביל למספר יישומים פוטנציאליים כגון טומוגרפיה קוונטית קוהרנטית אופטית10, להשגת יחסי הזמן באולטרסאונד הזמני באמצעות אינטראקציות לא לינאריות עם שטף של פוטונים מסובכת11, מטרולוגיה שיטות באמצעות טבילה צר מאוד הפרעה קוונטית12, סנכרון השעון הקוונטי13, שזירה בתדר זמן מדידה14, ו שזירה תדר ינוייהם15. עם זאת, הערכה עם הסוג הרגיל-0 SPDC דורש סכימות זיהוי מותנה6 או אורך גל סינון8 או סינון במצב מרחבי כדי להפריד את הפוטונים שנוצר מסובכת פולריזציה16.

הבנו תוכנית העונה על המאפיינים של שני סוג-0 ו-II SPDC במקביל בהתבסס על מספר תהליכים הפרעות קוונטיות17. הפרטים של המערכת האופטית תוארו והשתמשו למדוד את הפרמטרים המאפיינים את הפוטונים שנוצר מסובכת הקיטוב באמצעות מספר מינימלי של נתונים ניסיוניים.

ניתן לכתוב Equation 1 וקטור Equation 2 ג'ונס ממצב אופקי (H) ואנכי (V). כל המדינות הפולריזציה הטהורות בנויות מתנוחות-על קוהרנטית של שתי המדינות הפולריזציה הללו. לדוגמה, האור האלכסוני (D), האנטי-אלכסוני (A), הימני-עגול (R), והשמאל-מעגלי (L), בהתאמה, מיוצגים על-ידי:

Equation 3,

Equation 4(1)

Equation 5, ו

Equation 6,

H ו-V נקראים הבסיסים הפולריזציה. D ו-A נקראים בסיסים פולריזציה אלכסוניים. R ו-L נקראים בסיסים פולריזציה עגולים. מצבים טהורים ומעורבים אלה של הקיטוב יכולים להיות מיוצגים על-ידי מטריצות צפיפות המבוססות על מאגרי H ו-V-פולריזציה18.

עקרון ההפעלה של הערכה מוצג באיור 1א-ה. הלייזר מוזרק לתוך הפרעות שחור מורכב של מפצל קורה הקיטוב (PBS), שני לחצי גל צלחות להגדיר 45o (HWP1) ו 22.5o (HWP2), קריסטל ppktp, ומראות. אופטיקה פולריזציה עם עבודה זו ההתקנה עבור אורך הגל של שדה לייזר של המשאבה ופוטונים למטה המרה.

רכיב ה-H של לייזר המשאבה עובר דרך ה-PBS כפי שמוצג באיור 1a והלוך ושוב את הכיוונון בכיוון כיוון השעון (CW). הקיטוב של לייזר המשאבה היה הפוך למצב אלכסוני (D) באמצעות HWP2. הנה רכיב V של המשאבה לייזר עובד עבור למטה-המרה, ואת הפוטונים שנוצר הם V-מקוטב עם סוג-0 SPDC. ניתן לייצג את המצב הפולני SPDC של זוגות פוטון שנוצר:

Equation 7.  2

זוגות פוטון למטה המרה הם H-מקוטב דרך HWP1 להגדיר ל 45o כפי שמוצג באיור 1b, והמדינה פולריזציה הופך:

Equation 8. 3

קרן לייזר משאבה שוב הזריק את זוגות פוטון הפוך לתוך ppKTP. זוגות פוטון שנוצר מן spdc השני הם שני V מקוטב ו הציג עם זוגות פוטון שנוצרו על ידי spdc הראשון עבור מצב אופטי קוליניאריות כפי שמוצג איור 1c. המצב הפולריזציה של זוגות הפוטון לאחר SPDC השני מיוצג כ:

Equation 94

היכן Equation 10 הוא השלב היחסי בין. הפוטון מהספבקר הראשון והשני השלב אינו משתנה עם הזמן, כי הוא נקבע על ידי פיזור החומר HWP1's בין לייזר המשאבה לבין הפוטונים למטה המרה, מתכווננת על ידי הטיית HWP1. H (V)-המדינה הפולריזציה של הפוטונים המומרת למטה הייתה הפוכה למצב A (D) כמוצג ב (1). המצב הפולריזציה של הפלט הפוטון מHWP2 מיוצג כ:

Equation 11(5)

כאשר השלב Equation 12 נקבע על-ידי הטיית HWP1, רק התנאי הראשון של המצב (5) נותר כמוצג באיור 1d. זהו תהליך הפרעה קוונטית המתאים לתהליך ההפרעות ההפוך של הונג-או-מנדל (HOM) של בסיסי הקיטוב19. כאשר הפוטון עובר דרך PBS ו-V-פוטון משתקף על ידי PBS, המדינה הפולריזציה של התפוקה של זוגות פוטון מ-PBS Equation 13 מיוצגת על mode1 אופטי ו 2 כפי שמוצג באיור 1e.

לעומת זאת, רכיב ה-V של לייזר המשאבה השתקף על ידי ה-PBS כפי שמוצג באיור 1f והוא מעד בכיוון כנגד כיוון השעון (ccw). באמצעות סוג מרובה דומה -0 תהליכי SPDC והעתקות יוניטרית, מצב הקיטוב של הפלט מ- Equation 14 PBS הופך להיות. כאשר המצב הפולריזציה של לייזר משאבה הוכנו באלכסון (D) המדינה, השלב היחסי בין H-ו-V-רכיבי לייזר המשאבה היה אפס. לכן, מצב הפלט של פוטונים שנוצרו מ-CW ו-CCW כיוונים הם בעלי הגברה זהה ומיוצגים כמו:

Equation 15.  6

מצב הפלט הוא מדינה פולריזציה מסובכת הידועה כאחת המדינות בל ניתן להמיר לשלוש מדינות אחרות באמצעות רכיבי אופטיקה פולריזציה7. באמצעות היחס המוצג ב-(1), Equation 16 מצב הפלט יכול להיות מיוצג על-ידי בסיסים פולריזציה אלכסוניים בשם:

Equation 17ועל ידי בסיסים פולריזציה מעגלית Equation 18 כמו:.

Protocol

ההליך המאומץ מורכב מארבעה שלבים עיקריים באמצעות ההתקנה הניסיונית הכוללת המוצגת באיור 2. השלב הראשון היה הכנת לייזר המשאבה עבור SPDC. בשלב השני, האינטרלומטר האופטי-האינטרלומטר הוקם באמצעות מרכיבי קריסטל לא-ליניאריים ופולריזציה אופטיים. הליך המדידה בצירוף מרכיבי החשמל המוצגים באיור 3 תואר בשלב השלישי. לבסוף, הנתונים המתאם פוטון בפועל המוצג באיור 4 שימש כדי להעריך את הפרמטרים נאמנות בל של הפוטונים שנוצר מסובכת פולריזציה.

1. קביעת התצורה של לייזר המשאבה

  1. הפעל את ה-405 ננומטר לייזר בתדר אחד. כוונן את עוצמת הפלט למספר mW על-ידי הפחתת הזרם החשמלי של הקלט לדיודה לייזר ומסנני דחיסות נייטרליים.
  2. בנו חלל חיצוני בין המשטח של הדיודה לייזר לבין הפומפיה ההולוגרפית (3,600 מ"מ-1) כדי להגשים מבצע בתדר יחיד שנקרא ספקטרומטר. מניחים את הסורגים ההולוגרפיים על 45o נגד משטח דיודות לייזר ולהעביר לאט את הבורג כדי לכוונן את התואר, ולמקסם את כוח הפלט מן החלל על ידי התייחסות לתמונה של הקרן.
  3. זוג לייזר לסיב האופטי השמור (PMF) להפעלת מבצע יחיד במצב מרחבי. כוונן את בורגי מצמד הסיבים כדי למקסם את עוצמת הפלט מ-PMF באמצעות מד מתח.
  4. Collimate פלט לייזר מן PMF עם עדשת מצמד סיבים. ערוץ לייזר פלט דרך מבודדת לתוך המרכז של חצי גל צלחת (HWP), לוחית רבע גל (QWP), ו קצר לעבור דיקרואיק ראי (DM) כפי שמוצג באיור 2. לצורך יצירת הפוטונים פולריזציה מסובכת עם המדינה כמו ב (6), להגדיר את המצב הפולריזציה של לייזר המשאבה עם אלכסון (ד) על ידי הגדרת HWP כדי 22.5o, ו qwp כדי 0o.

2. בניית הכיוונון האינטרמטרי

  1. מניחים מראה דיקרואיק (DM), מראה רגיל, PBS, וקריסטל ppKTP עם ממדים: 10 מ"מ ארוך (פגמים בגבישים xציר), 10 מ"מ רוחב (y-ציר), ו 1 מ"מ עבה (צירz) כפי שמוצג באיור 2. ה-PBS פועל הן באורך הגל של הלייזר (405 ננומטר) ובין הפוטונים למטה המומרים (810 ננומטר). התקופה הקיטוב של קריסטל ppKTP הוא 3.425 Equation 19 אשר נועד עבור סוג colליניארי-0 spdc עם 405 ננומטר לייזר משאבת יש ציפוי אנטי השתקפות בשני אורכי גל.
  2. כוונן את ה-PBS ואת המראות באמצעות לייזר המשאבה (405 nm) ולייזר התייחסות (810 ננומטר). כיוון שאורך הכניסה לפלט של האינטרלומטר הוא כ-600 מ"מ, הופכים את האור המועבר והמשתקף מ-PBS במקביל ליותר מ-600 מ"מ (רצוי לכמה מטרים) כדי לבצע התאמה למצב מרחבי.
  3. הצב HWP1 ו-HWP2 לתוך הכיוונון. הם פועלים בשני 405 ננומטר ו 810 אורכי גל ננומטר. כוונן את ה-HWPs כדי להיות מאונך לאור האירוע באמצעות האור המשתקף מהמשטח. להגדיר את הזווית של HWP1 כדי 45o ו HWP2 כדי 22.5o
  4. הציבו את הקטור החדש בתוך הכיוונון. כוונן את מיקומו של הקטור החדש, כך שקרני ההתייחסות לכיוון השעון (CW) ולכיוון כיוון השעון (CCW) יהיו באותו מצב מרחבי. מקום חיוב מצמידים המכשיר (CCD) מצלמות במצב 1 ו-2 באיור 2 כדי להפנות את התמונות קרן הפרופיל מהפלט של אינטרלומטר. כוונן את המראה ואת הגורם החוזר כדי להפוך את המצב המרחבי לתואם על-ידי הפניית תמונות הפרופיל במצלמה.
  5. המקום עדשת המוקד בין QWP לייזר DM. כיוון שאורך הכניסה לפלט של האינטרלומטר הוא כ-600 מ"מ, בחר בעדשה עם אורך מיקוד של 300 מ"מ. הסדרה האמפירי מהווה את נקודת המיקוד של משאבת הקלט לייזר לא להיות על הנקודה האמצעית בדיוק של האינטרלומטר, אלא להיות סביב הדור האפוס ition של SPDC השני כדי להפוך את אותו הדור ברמה יעילות של הפוטונים למטה המרה בין SPDC הראשון והשני.
  6. להסיר את מצלמת CCD ולמקם QWPs, מסננים (POLs), מסנני הפרעות (אם) עם מרכז nm 810 ו 3 רוחב פס ננומטר במצב 1 ו-2 כפי שמוצג באיור 2. כוונן את הרכיבים האופטיים כדי להיות מאונך לאור האירוע באמצעות האור המשתקף. זוג לייזר להפנות קורות סיבים סיבי באמצעות סיבים טיפטוף לאיתור.
  7. מקום עדשת מיקוד 300 מ"מ בין מיט ו-QWP במצב 1 ובמצב 2. להפוך את הפלט התייחסות קורות לייזר collimate לאיתור.
  8. חברו את סיבי המצב הרב למודולים של ספירת הפוטונים בודדים (SPCMs) שנבנו מ-הסיליקון (Si) מפולת שלגים. . כבה את לייזר הייחוס הפעל את SPCMs במצב חדר חושך וספור את הפוטונים שהומרו למטה.
  9. כוונן את הטמפרטורה של ppKTP קריסטל רכוב על בקר טמפרטורה על ידי הפניה שיעורי הספירה של הפוטונים למטה המרה. הטמפרטורה המתאימה היא בדרך כלל 25-30 ° c.
  10. כוונן את זווית הטיית HWP1 כדי למקסם את שיעורי הספירה של פוטונים שהומרו למטה. אם תעריפי הספירה חלשים מדי, מדדו את הספירות ללא הרכיבים האופטיים במצב 1 ו-2.

3. הליך המדידה של ספירת צירופי המקרים

  1. בחר את בסיסים פולריזציה במצב 1 ו-2 כדי למדוד את המקרה הפולריזציה בפוטונים המארג באמצעות POLs ו-QWPs כפי שמוצג באיור 3. עבור המדידה של פוטון האירוע עם הבסיס H (V), להגדיר את QWP כדי 0o ו POL כדי 0o (90o). למדידת הפוטון האירוע עם D (א) בסיס, להגדיר את QWP כדי 0o ואת הפול כדי 45o (-45o). עבור המדידה של פוטון האירוע עם R (L) בסיס, להגדיר את QWP כדי 45o (-45o) ו-POL כדי 0o.
  2. חבר את אות הלוגיקה הטרנזיסטור-טרנזיסטור (TTL) שנוצר מ-SPCM במצב 2 לכניסת אות ההתחלה של ממיר זמן-משרעת (TAC), והאות במצב 1 לכניסת אות העצירה לאחר שעבר דרך קו ההשהיה החשמלית (השהיה). TAC מייצרת אותות חשמליים מ -0 עד 10 מתאים להשהיה בזמן בין שני אותות.
    1. בניסוי זה, לקבוע את העיכוב זמן ΔT as 50 ns על ידי בחירת סיכות שורת ההשהיה. הגדר את התצוגה של המחשב כדי להציג 100 ns טווח זמן על-ידי הגדרת חיוג של TAC. לאחר מכן TAC מייצרת 5 אותות V כמו 50 ns זמן עיכוב שניתנו על ידי קו עיכוב חשמל. לכן את 5 אותות V מקבילים צירופי המקרים ב 0 ns זמן עיכוב של פולסים בפועל מגיע SPCMs. צירופי המקרים בזמן ההשהיה של 0 n מופיעים במרכז טווח הזמן של התצוגה כמוצג באיור 3.
  3. לחץ על לחצן התחל של התוכנה, שנקרא מאסטרו-32, כדי למדוד את התפלגות גובה הדופק ולהקליט את ההתפלגות עם מחשב מבוקרת (PC) multi-channel (MCA). בניסוי זה, לקבוע את זמן המדידה של TAC עבור 30 s. לנתח את התפלגות הגובה של פולסים TAC מ -0 עד 10 V אשר התכתב a-50 כדי 50 ns זמן עיכוב בין הפוטונים האירוע ואת SPCMs על ידי ההגדרה המתוארת בשלב 3.2.
  4. לאחר הקלטת התפלגות גובה הפולס, השג את נתוני התפלגות גובה הפעימה עבור מספר בסיסים פולריזציה כמוצג באיור 4. בחר בחלון הזמן שייחשב עבור ספירות של צירופי מקרים עבור האנליזציה של הנתונים. מאז הרוחב של שיא הדופק נקבע על ידי זמן הרזולוציה של SPCM של ~ 1 ns, הזמן צירוף מקרים החלון הוא הכרחי כדי להיות גדול יותר מאשר זמן הפתרון.
    1. בניסוי זה, לבחור את צירוף הזמנים חלון הזמן להיות 10 ns. העריכו את ספירות המקריות על-ידי שילוב האזור של חלון הזמן.

4. הערכת הערכה של הפרמטרים ' נאמנות ' ו'פעמון '

  1. קבע Equation 21 את הקשרים האלה עם הסדר השני וקשרי Equation 22 המשנה הצולבים של הסדר השני, Equation 23 המתייחס למדינות הפולריזציה H, D Equation 24 ו-R, ומתייחס למדינות החוצות-פולריזציה V, A, ו-L. השג את אלה פונקציות על-ידי חלוקת ספירות Equation 25 המקריות הנמדדות Equation 26 ברמת הרקע. איור 4 מציג למעשה את התפלגות גובה הדופק של מקרי המקריות עם מספר בסיסים פולריזציה עבור 30s.
    הערה: לדוגמה, צירוף המקריות מונה את הבסיס לפולריזציה שנותן Equation 27 ספירה/30 של מקרים לחלון של 10 ns. רמת הקרקע האחורית הממוצעת לחלון צירוף מקרים מחושבת כ-4.3 ספירה/30. מאחר שניתן לקבל יחסי גומלין של Equation 28 הסדר השני, פונקציות המתאם השני של מקוטב עם Equation 29 בסיס פולריזציה הופכות להיות. באופן דומה פונקציות מתאם שניה עם בסיסים פולריזציה אחרים ניתנים Equation 30 כמו: Equation 31 , ו-cross-מקוטב השני פונקציות המתאם כמו: Equation 32 ו Equation 33 .
  2. לקבוע את דרגת הקורלציה הפולריזציה בין שני פוטונים עבור שלושה בסיסים פולריזציה המוגדרים על ידי20,21:
    Equation 347
    כאשר Equation 35 מתייחסת לבסיסים הפולריזציה של המתקן (H ו-V), אלכסון (D ו-A), ובסיסי מעגלי (R ו-L). פונקציות המתאם השני שנמדדו מספקות את דרגת כל הבסיסים הפולריזציה כדלקמן Equation 36 : Equation 37 , ו.
  3. לקבוע את הנאמנות של הפוטונים הסתבכו שנוצר. לחשב את הנאמנות של המדינה פולריזציה המארג ביחס למדינה (6) בשלושה בסיסים20,21:
    Equation 38
    הדרגות הנמדדות של המתאם Equation 39 הפולריזציה היתה. המספר חרג ממגבלת ההתאמה הקלאסית של הקיטוב הקלאסי של 0.50.
  4. לקבוע את הפרמטרים בל של הפוטונים הסתבכו שנוצר21. לחשב את הפרמטרים מתוך היחסים הפולריזציה כדלקמן 19,20:
    Equation 40
    Equation 41
    Equation 42
    הבסיסים הנמדדים של הקורלציה הפולריזציה היו Equation 43 . מספרים אלה חורגים ממגבלת הפרמטרים הקלאסיים של 2 ומפירה את אי-שוויון הפעמון.

Representative Results

המערכת האופטית לייצר פוטונים מסובכת ללא תנאי עבור המדינות הפולריזציה מבוסס על הפרעות קוונטיות וערכות גילוי להעריך את הנאמנות הניסיונית על ידי מתאם פולריזציה של זוגות פוטון שנוצר נדונה. הנאמנות המשוערת של הפוטונים שנוצרה חרגה ממגבלת הקורלציה המקומית הקלאסית של 0.50. הפרמטרים של Bell שנמדדו חרגו ממגבלת הפרמטרים הקלאסיים של 2 והפרו את האי-שוויון בל. במאמר זה, שימשו מדידות מינימום של שישה צירופים של בסיסים פולריזציה להערכת פרמטרים אלה. יתר על כן, ניתן לשחזר לחלוטין את מטריצת הצפיפות של הפוטונים מסובכת הקיטוב שנוצר באמצעות טומוגרפיה מדינית קוונטית, אשר דורש מדידות צירופי מקרים של 16 שילובים של בסיסים פולריזציה18.

Figure 1
איור 1 : סכימטי של משולב כפול למעבר פולריזציה האינטרנמטרים. (א) הדור של זוגות פוטון לאחר הפרמטרית הספונטנית הראשונה למטה-המרה (spdc). (ב) סיבוב הקיטוב של זוגות הפוטון באמצעות צלחת חצי-גל (HWP1). (ג) דור של זוגות פוטון לאחר spdc השני. (ד) הפרעה קוונטית בין זוגות פוטון של spdc הראשון והשני על ידי HWP2. (ה) הפקת זוגות פוטון בכיוון כיוון השעון (CW). (ו) זוגות פוטון המיוצרים בכיוון נגד כיוון השעון (ccw). אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של איור זה.

Figure 2
איור 2:המערכת האופטית הכוללת ליצירת פוטונים מסובכת פולריזציה. הצלחת חצי גל הראשון (HWP) ו רבע גל צלחת (QWP) משמשים כדי להגדיר את המצב הפולריזציה של לייזר המשאבה עובר דרך פולריזציה-שמירה על סיבים אופטיים (PMF). הפוטונים פלט הועברו דרך עדשות, QWPs, מקטפולונים (POLs), ומסנני הפרעות (אם) במצבים 1 ו-2, וזיהה על ידי מודולים יחיד פוטון ספירה (SPCM). אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של איור זה.

Figure 3
איור 3 : מערכת זיהוי המקריות הכוללת של הפוטונים המופניים המופקים. האותות החשמליים של SPCM שימשו כדי להתחיל ולעצור את האות של זמן לשרעת ממיר (TAC) דרך קו השהיה חשמלית (עיכוב). התפלגות גובה הפולס שהושג מהפרש הזמן נותחה באמצעות מנתח מחשב (PC) multi-channel (MCA). אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של איור זה.

Figure 4
איור 4 : הפרשי זמן נמדד הפצות עם הגדרות מקטדות מקבילים ואורתוגונאליות. השילובים הם אופקיים (H), אנכיים (V), אלכסוניים (D), אנטי-אלכסוני (A), ימין-עגול (R), ובסיסי שמאלי (L) פולריזציה. אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של איור זה.

Discussion

הצעד הקריטי בתוך הפרוטוקול הוא כיצד למקסם את הנאמנות של הפוטונים המופוליזציה הנוצרת. אמינות מוערך ופרמטרים בל מוגבלים כעת, בעיקר בגלל השתמשנו סיבים במצב מרובה כדי לאסוף את הפוטונים הסבוכה שנוצר. הטיית HWP1 השפיעו על הבדלי הגובה של המצבים המרחביים בין הפוטונים של SPDC הראשון והשני וגרם לחוסר התאמה במצב מרחבי על התפוקה של האינטרלומטר שסאאק. הנאמנות צפויה להיות גבוהה יותר בעת שימוש בסיבים במצב יחיד המסנן את האזור המרחבי-מצב מרחבית של פוטונים SPDC הראשון שנוצר. יתר על כן, את ההשפעה שבירה של גביש ppKTP השפיעו על אי-התאמה במצב בין הפוטונים SPDC הראשון והשני. בעתיד, נוכל לשפר את הפרמטרים באמצעות קריסטלים נוספים של פיצוי.

משמעות הפרוטוקול היא לממש מספר מאפיינים בו זמנית ביחס לשיטה הקיימת. המקור של הפוטונים המארג הפולריזציה עם הפרוטוקול יש שיעור הפליטה גבוהה, הם מנוונת, יש התפלגות פס רחב, הם לאחר בחירה חינם. היתרון האופייני של הפרוטוקול מתבסס על הפרעות קוונטיות מרובות באמצעות הפרעה כפולה באינטרריזציה. מערכת פוטוני מאפשרת להשתמש ביעילות הדור הגדול של הפוטונים המארג הפולריזציה להפריד זוגות פוטון מנוונת לתוך מצבים אופטיים שונים ללא דרישה של postselection. המערכת של ביצועים גבוהים פולריזציה בפוטונים מסובכת יכול להיות מיושם עבור הרומן פוטוני מידע קוונטי טכנולוגיות1,2,3,4.

Disclosures

. למחברים אין מה לגלות

Acknowledgments

מחקר זה נתמך על ידי קרן המחקר של Opto-מדע וטכנולוגיה, יפן. אנו מודים לד ר טומו אוסמאדה על הדיונים השימושיים.

Materials

Name Company Catalog Number Comments
300mm fous lens Thorlabs. INC. AC254-300-B
405nm LD Digi-Key Electronics NV4V31SF-A-ND
Delay line Ortec INC. DB463
Dichroic mirror (DM) Midwest Optical Systems INC. SP650-25.4
Half-wave plate (HWP) for 405nm Thorlabs. INC. WPH05M-405
Half-wave plate (HWP) for dual wavelengths Meadowlark Co. DHHM-100-0405/0810?
Interference filter (IF) IDEX Health & Science, LLC LL01-808-12.5
Multi-channel analyzer (MCA) Ortec INC. EASY-MCA-2K MAESTRO-32 software
Polarization-maintaining fiber Thorlabs. INC. P1-405BPM-FC-1
Polarizer (POL) Meadowlark Co. G335743000
ppKTP crystal RAICOL CRYSTAL LTD. Type-0, 3.425 microns period
Quarter-wave plate (QWP) for 808nm Thorlabs. INC. WPQ05M-808
Quarter-wave plate (QWP) for 405nm Thorlabs. INC. WPQ05M-405
Retroreflector Newport Co. U-BER 1-1S
Single photon counting Module (SPCM) Laser Cpmponents LTD. Count -100C-FC FC connecting
Time-to-amplitude converter (TAC) Ortec INC. 567

DOWNLOAD MATERIALS LIST

References

  1. Ekert, A. K., et al. Quantum cryptography based on Bell's theorem. Physical Review Letters. 67, 661-663 (1991).
  2. Mattle, K., Weinfurter, H., Kwiat, P. G., Zeilinger, A. dense coding in experimental quantum communication. Physical Review Letters. 76, 4656-4659 (1996).
  3. Pan, J. W., Bouwmeester, D., Weinfurter, H., Zeilinger, A. experimental entanglement swapping: entangling photons that never interacted. Physical Review Letters. 80, 3891-3894 (1998).
  4. Bouwmeester, D., et al. Experimental quantum teleportation. Nature. 390, 575-579 (1997).
  5. Armstrong, D. J., Alford, W. J., Raymond, T. D., Smith, A. V. Absolute measurement of the effective nonlinearities of KTP and BBO crystals by optical parametric amplification. Applied Optics. 35, 2032-2040 (1996).
  6. Shi, B. S., Tomita, A. Generation of a pulsed polarization entangled photon pair using a Sagnac interferometer. Physical Review A. 69, 013803 (2004).
  7. Kim, T., Fiorentino, M., Wong, F. N. C. Phase-stable source of polarization-entangled photons using a polarization Sagnac interferometer. Physical Review A. 73, 012316 (2006).
  8. Steinlechner, F., et al. Efficient heralding of polarization-entangled photons from type-0 and type-II spontaneous parametric downconversion in periodically poled KTiOPO4. Journal of the Optical Society of America B. 31, 2068 (2014).
  9. Steinlechner, F., et al. Phase-stable source of polarization-entangled photons in a linear double-pass configuration. Optics Express. 21, 11943-11951 (2013).
  10. Okano, M., et al. 0.54 resolution two-photon interference with dispersion cancellation for quantum optical coherence tomography. Scientific Reports. 5, 18042 (2015).
  11. Dayan, B., Pe'er, A., Friesem, A. A., Silberberg, Y. Nonlinear interactions with an ultrahigh flux of broadband entangled photons. Physical Review Letters. 94, 043602 (2005).
  12. Nasr, M. B., et al. Ultrabroadband biphotons generated via chirped quasi-phase-matched optical parametric down-conversion. Physical Review Letters. 100, 183601 (2008).
  13. Giovannetti, V., Lloyd, S., Maccone, L., Wong, F. N. C. Clock synchronization with dispersion cancellation. Physical Review Letters. 87, 117902 (2001).
  14. Hofmann, H. F., Ren, C. Direct observation of temporal coherence by weak projective measurements of photon arrival time. Physical Review Letters A. 87, 062109 (2013).
  15. Mikhailova, Y. M., Volkov, P. A., Fedorov, M. V. Biphoton wave packets in parametric down-conversion: Spectral and temporal structure and degree of entanglement. Physical Review A. 78, 062327 (2008).
  16. Jabir, M. V., Samanta, G. K. Robust, high brightness, degenerate entangled photon source at room temperature. Scientific Reports. 7, 12613 (2017).
  17. Terashima, H., Kobayashi, S., Tsubakiyama, T., Sanaka, K. Quantum interferometric generation of polarization entangled photons. Scientific Reports. 8, 15733 (2018).
  18. Altepeter, J. B., Jeffrey, E. R., Kwiat, P. G. Photonic state tomography. Advances In Atomic, Molecular, and Optical Physics. 52, 105-159 (2005).
  19. Hong, C. K., Ou, Z. Y., Mandel, L. Measurement of subpicosecond time intervals between two photons by interference. Physical Review Letters. 59, 2044-2046 (1987).
  20. Hudson, A. J., et al. Coherence of an Entangled Exciton-Photon State. Physical Review Letters. 99, 266802 (2007).
  21. Young, R. J., et al. Bell-Inequality Violation with a Triggered Photon-Pair Source. Physical Review Letters. , 102 (2009).

Tags

הנדסה סוגיה 151 פולריזציה-פוטונים מסובכת פרמטרית למטה-המרה סוג-0 סוג-II הפרעות קוונטיות אינטרנומטרים הגדרת תצורה עגולה
מערכת Photonic ליצירת בפוטונים פוליריזציה מוחלטת המבוססת על הפרעות קוונטיות מרובות
Play Video
PDF DOI DOWNLOAD MATERIALS LIST

Cite this Article

Terashima, H., Sato, Y., Kobayashi,… More

Terashima, H., Sato, Y., Kobayashi, S., Tsubakiyama, T., Nozaki, R., Kubo, S., Osada, T., Sanaka, K. A Photonic System for Generating Unconditional Polarization-Entangled Photons Based on Multiple Quantum Interference. J. Vis. Exp. (151), e59705, doi:10.3791/59705 (2019).

Less
Copy Citation Download Citation Reprints and Permissions
View Video

Get cutting-edge science videos from JoVE sent straight to your inbox every month.

Waiting X
Simple Hit Counter