Measurement of Quantum Interference in a Silicon Ring Resonator Photon Source

Jeffrey A. Steidle; Michael L. Fanto; Stefan F. Preble; Christopher C. Tison; Gregory A. Howland; Zihao Wang; Paul M. Alsing

doi:10.3791/55257

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Engenharia

एक सिलिकॉन अंगूठी गुंजयमान यंत्र फोटोन स्रोत में क्वांटम हस्तक्षेप के मापन

Published: April 04, 2017

doi:

10.3791/55257

Jeffrey A. Steidle, Michael L. Fanto², Stefan F. Preble, Christopher C. Tison^3,4, Gregory A. Howland, Zihao Wang, Paul M. Alsing

¹Microsystems Engineering,Rochester Institute of Technology, ²Air Force Research Laboratory, Rome, NY, ³Department of Physics,Florida Atlantic University, ⁴Quanterion Solutions Incorporated

Summary

सिलिकॉन फोटोनिक चिप्स संभावित जटिल एकीकृत क्वांटम प्रणालियों का एहसास करने के लिए है। यहाँ प्रस्तुत की तैयारी और क्वांटम मापन के लिए एक सिलिकॉन चिप फोटोनिक के परीक्षण के लिए एक विधि है।

Abstract

सिलिकॉन फोटोनिक चिप्स संभावित फोटॉन स्रोतों, qubit हेरफेर, और एकीकृत एकल फोटॉन डिटेक्टरों सहित जटिल एकीकृत क्वांटम सूचना संसाधन सर्किट, महसूस करने के लिए किया है। यहाँ, हम तैयारी कर और एक एकीकृत फोटॉन स्रोत और दो फोटॉन interferometer साथ एक सिलिकॉन photonic क्वांटम चिप परीक्षण के महत्वपूर्ण पहलुओं को प्रस्तुत करते हैं। एक एकीकृत क्वांटम सर्किट का सबसे महत्वपूर्ण पहलू नुकसान को न्यूनतम करने के लिए इतना है कि उत्पन्न फोटॉनों के सभी उच्चतम संभव निष्ठा के साथ पता लगाया जाता है। यहाँ, हम कैसे एक अति उच्च संख्यात्मक एपर्चर फाइबर का उपयोग कर बारीकी से सिलिकॉन waveguides के मोड मिलान करने के लिए से कम नुकसान बढ़त युग्मन प्रदर्शन करने का वर्णन। एक अनुकूलित संलयन स्प्लिसिंग नुस्खा का उपयोग करके, उ्ना फाइबर मूल एक मानक एकल मोड फाइबर के साथ interfaced है। यह कम नुकसान युग्मन एक एकीकृत सिलिकॉन अंगूठी गुंजयमान यंत्र में उच्च निष्ठा फोटॉन उत्पादन की माप और उत्पादन पी के बाद के दो फोटॉन हस्तक्षेप की अनुमति देता हैएक निकट एकीकृत मच-जेंडर interferometer में hotons। इस पत्र तैयार करने और उच्च प्रदर्शन और स्केलेबल सिलिकॉन क्वांटम फोटोनिक सर्किट के लक्षण वर्णन के लिए आवश्यक प्रक्रियाओं का वर्णन है।

Introduction

सिलिकॉन क्वांटम सूचना संसाधन ^{^1,} ^{^2,} ^{^3,} ^{^4,} ⁵ के लिए एक मंच के रूप में फोटोनिक्स महान वादा दिखा रहा है। क्वांटम फोटोनिक सर्किट के महत्वपूर्ण घटकों में से एक फोटॉन स्रोत है। , सहज चार लहर मिश्रण (SFWM) ^{^6,} ^{^7,} ⁸ फोटोन-जोड़ी स्रोतों एक तीसरे क्रम nonlinear प्रक्रिया के माध्यम से किया सूक्ष्म अंगूठी प्रतिध्वनिकारक के रूप में सिलिकॉन से विकसित किया गया है। इन स्रोतों पृथक फोटॉनों, जो फोटॉन उलझाव ⁹ से जुड़े प्रयोगों के लिए आदर्श हैं के जोड़े उत्पादन में सक्षम हैं।

ऐसा नहीं है कि अंगूठी गुंजयमान यंत्र स्रोतों दोनों दक्षिणावर्त और वामावर्त प्रचार के साथ काम कर सकते हैं नोट करना महत्वपूर्ण है, और दो अलग अलग दिशाओं प्रचार जीन हैंएक दूसरे से स्वतंत्र रैली। यह एक एकल अंगूठी दो स्रोतों के रूप में कार्य करने के लिए अनुमति देता है। ऑप्टिकली दोनों दिशाओं से पंप है, इन स्रोतों निम्नलिखित उलझ राज्य उत्पन्न:

कहा पे तथा clockwise- और वामावर्त-प्रचार द्वि-फोटॉनों के लिए स्वतंत्र निर्माण ऑपरेटरों, क्रमशः रहे हैं। इस उलझ एक N00N राज्य (एन = 2) ¹⁰ के रूप में जाना राज्य की एक बहुत ही वांछनीय रूप है।

एक ऑन-चिप मच-जेंडर interferometer (MZI) के माध्यम से इस राज्य पासिंग राज्य में जो परिणाम:

इस राज्य में दो बार अधिकतम संयोग और शून्य संयोग के बीच झूल रहेएक MZI में शास्त्रीय हस्तक्षेप की आवृत्ति, प्रभावी ढंग से interferometer ¹⁰ की संवेदनशीलता को दोगुना। यहाँ, हम इस तरह के एक एकीकृत फोटॉन स्रोत और MZI डिवाइस का परीक्षण करने के लिए प्रयोग किया जाता प्रक्रिया प्रस्तुत करते हैं।

Protocol

ध्यान दें: यह प्रोटोकॉल मानता है कि फोटोनिक चिप पहले से ही निर्मित किया गया है। चिप यहाँ वर्णित (चित्रा 1 ए में दिखाया गया है) सिलिकॉन photonic उपकरणों 11 के लिए मानक प्रसंस्करण तकनीकों का उपयोग ?…

Representative Results

प्रत्येक डिटेक्टर, साथ ही संयोग की गिनती से अलग-अलग फोटॉन मायने रखता है, एकत्र किए गए थे के रूप में दो रास्तों के बीच रिश्तेदार चरण देखते गया था। अलग-अलग मायने रखता है (चित्रा 5 ए) के 94.5 ± 1.6…

Discussion

वहाँ एकीकृत फोटोनिक्स के क्षेत्र के लिए कई चुनौतियों फोटोनिक उपकरणों के जटिल और स्केलेबल सिस्टम के लिए आदेश संभव होने के लिए दूर करने के लिए कर रहे हैं। इनमें शामिल हैं, लेकिन तक सीमित नहीं हैं: तंग निर?…

Declarações

The authors have nothing to disclose.

Acknowledgements

इस काम के कार्नेल विश्वविद्यालय nanoscale विज्ञान और प्रौद्योगिकी सुविधा, राष्ट्रीय नैनो इंफ्रास्ट्रक्चर नेटवर्क का एक सदस्य है, जो राष्ट्रीय विज्ञान फाउंडेशन (अनुदान ईसीसीएस-1,542,081) द्वारा समर्थित है पर भाग में प्रदर्शन किया था। हम वायु सेना के रिसर्च लैब (AFRL) से इस काम के लिए समर्थन को स्वीकार करते हैं। इस सामग्री को काम आंशिक रूप से पुरस्कार नहीं। ECCS14052481 के तहत राष्ट्रीय विज्ञान फाउंडेशन द्वारा समर्थित पर आधारित है।

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

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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).

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Citar este artigo

Steidle, J. A., Fanto, M. L., Preble, S. F., Tison, C. C., Howland, G. A., Wang, Z., Alsing, P. M. Measurement of Quantum Interference in a Silicon Ring Resonator Photon Source. J. Vis. Exp. (122), e55257, doi:10.3791/55257 (2017).