Summary
Silikon fotonik çipler karmaşık entegre kuantum sistemlerini gerçekleştirmek potansiyeline sahiptir. hazırlanması ve kuantum ölçümleri için bir silikon fotonik çip test etmek için bir yöntem, burada sunulmuştur.
Abstract
Silikon fotonik fiş foton kaynakları, qubit manipülasyon ve entegre tek foton dedektörleri dahil olmak üzere karmaşık entegre kuantum bilgi işleme devrelerini gerçekleştirmek için potansiyele sahiptir. Burada, hazırlanması ve entegre bir foton kaynağı ile iki foton interferometrenin bir silikon fotonik kuantum çip test temel yönlerini sunuyoruz. oluşturulan fotonların bütün mümkün olan en yüksek aslına uygunluk ile tespit edilir ve böylece entegre kuantum devrenin en önemli yönü kaybını minimize edilir. Burada, yakından silikon dalga kılavuzu modu eşleştirmek için bir ultra-yüksek sayısal açıklık elyaf kullanılarak düşük kayıp kenar birleştirmeyi gerçekleştirmek üzere açıklar. Optimize edilmiş füzyon birleştirme tarifi kullanarak, UHNA elyaf sorunsuz bir standart tek modlu fiber arabirim. Bu düşük kayıplı birleştirme entegre silikon halka rezonatördeki yüksek kalitede foton üretiminin ölçümü ve üretilen p müteakip iki foton girişim sağlaryakından entegre Mach-Zehnder interferometre içinde hotons. Bu kağıt, yüksek performanslı ve ölçeklenebilir silikon kuantum fotonik devrelerin hazırlanmasıyla ve karakterizasyonu için gerekli prosedürleri tarif eder.
Introduction
Silikon kuantum bilgi işlem 1, 2, 3, 4, 5 bir fotonik platformu olarak büyük umutlar. Kuantum fotonik devrelerin hayati bileşenlerinden biri foton kaynağıdır. Foton çift kaynaklar üçüncü dereceden doğrusal olmayan işlem ile yapılmış bir mikro-halka rezonatörlerin şeklinde silikon geliştirilmiştir, kendiliğinden dört dalga karıştırma (SFWM) 6, 7, 8. Bu kaynaklar foton dolanması 9 içeren deneyler için idealdir ayırt edilemez fotonlar çiftleri üretebilmektedir.
Rezonatör kaynakları saat yönünde ve saat yönünün tersine yayılma hem de çalışabilir halka dikkat etmek önemlidir, ve iki farklı yayılma yönü genibirbirinden bağımsız ralli. Bu, tek bir halka iki kaynakları olarak işlev görmesini sağlar. optik olarak her iki yönde pompalanan zaman, bu kaynaklar aşağıdaki dolaşık durumu oluşturmak:
nerede 
ve 
clockwise- ve saat yönünün yayılan iki foton için bağımsız oluşturma operatörleri sırasıyla şunlardır. Bu N00N halde (N = 2), 10 olarak bilinen dolaşık durumda bir çok arzu edilen bir şeklidir.
bir çip-üstü Mach-Zehnder interferometre (MZI) aracılığıyla bu durum geçen durum ile sonuçlanır:
Bu durum iki kez maksimum tesadüf ve sıfır tesadüf arasında gidipBir mzi klasik parazit frekans etkili interferometrenin 10 hassasiyetini katlama. Burada, bu tür bir birleştirilmiş foton kaynağı ve MZI cihazı test etmek için kullanılan bir prosedürdür.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Protocol
NOT: Bu protokol fotonik çip zaten fabrikasyon olduğunu varsayar. (Şekil 1A'da gösterilen) burada tarif edilen çip silikon fotonik cihazlar 11 için standart işleme teknikleri kullanılarak Cornell University Nanoseviye Bilim ve Teknoloji Tesisinde imal edilmiştir. Bu (220 nm-kalınlıkta silikon tabakasından oluşan, silikon dioksit, 3-mikron tabakası ve 525 um kalınlığında bir silikon substratı) Silikon yalıtkanda gofret kullanımını elektron demeti şerit dalga kılavuzlarını tanımlamak içerir (500 nm çapında), ve silikon dioksit kaplama (~ 3 um kalınlığında) plazma arttırılmış kimyasal buhar birikimi. Mikro-halka rezonatörleri 18.5 um bir iç yarıçapı ve 150 nm'lik bir dalga kılavuzu-için-halka boşluğu ile tasarlanmıştır. Bu cihaz için liyakat Şekil kaybı, kalite faktörünün, serbest spektral aralığı ve dispersiyon içerir.
1. Fotonik Çip Hazırlık
- Küçük bir Amoun yerleştirinbir çapraz kesit parlatma montaj balmumu t ve ~ 130 ° C ısıtılır.
Not: kullanılan mum miktarı numunenin büyüklüğü monte edilmiştir bağlıdır. Çok fazla çip yönleri üzerinde balmumu neden olurken, hareketsiz çip tutmak için yeterli mum olmalıdır. - balmumu ile monte cilalama kısmına fotonik çip yerleştirin. çip montaj doğru düz olacak şekilde mum tamamen eriyene emin olun. yönleriyle zarar vermemek için çip işlerken plastik cımbız kullanın.
- balmumu katılaşsın bağlama ortam havasındaki soğumaya bırakın. bundan daha hızlı Soğutma çipe hasara yol açabilir.
- Çip yönleriyle parlatmak.
NOT: istenenden daha çip daha uzağa parlatma neden olabilir çok agresif bir ped ile başlayan olarak doğru alıştırma pedi seçmek önemlidir.- cilalama sadece birkaç saniye parlatıcı ve parlatmak için monte takın. 3 um pürüzlülüğüne sahip bir ped olduğu gösterilmiştirYaklaşık 1 cm faset uzunlukları ile silikon çipler için iyi bir başlangıç noktasıdır.
- parlatma montaj çıkarın ve çip monte edilir nasıl seviye belirleme çip faset inceleyin.
NOT: Bir mikroskop dalga kılavuzu uçları ve çipin faset arasındaki mesafeyi ölçmek için yararlıdır. Bu ölçümler, faset ve belirlenecek dalga kılavuzu arasındaki açı izin verir. - yonganın tesviye geliştirmek için parlatıcı üzerinde mikrometre gerekli ayarlamaları yapın.
- çipin faset kadar 1.4.1-1.4.3 adımları tekrarlayın ve dalga kılavuzlarının birbirlerine ortogonal olan 0.15 ° dahilindedir.
- Polonya ~ olduğu kadar, geri kalan mesafeyi izlemek üzere her bir adım arasında çip kontrol 50 um, ~ 100 um 'lik adımlarla çip parlatmak için bırakılır. herhangi bir noktada kaplama yüzeyinden delaminating görünüyorsa, ped alt çipin üstten cila şekilde döndüğünden emin olun.
NOT: Aynı zamanda su yerine cilalama yağı kullanması için yardımcı olabilir. Bu delaminasyon kaplama stres bir sonucudur ve fabrikasyon işlemi optimize edilmesi gerekmektedir bir göstergesidir. - olduğu kadar, ~ kalan 20 um 1 mikron perdahlama pedi ve cila değiştirin.
- 0.5-um ped değiştirmek ve bir 15 um için parlatma devam edin.
- düzgün bir yüzünü sağlamak için final 5 um için 0,1-um takımını kullanarak. Önce ve parlatma sonra silikon fotonik çipin faset mikroskop görüntüleri, Şekil 2'de gösterilmiştir.
- ~ 130 ° C balmumu erimesine izin vermek için bağlanmış bir çip ile montaj ısıtın.
- Bal mumu tamamen eriyince, monte edildiği yerden çipi çıkartıp yavaş yavaş soğumasını bekleyin.
- aseton, izopropanol, ve su kullanarak çip kalan mumu herhangi temizleyin.
Elyaf kısa teller 2. Hazırlık
- herhangi bir tampon veya kaplama fr Stripom tek kipli fiber (SMF) örgü bağlantının ucu ve ultra-yüksek sayısal açıklık (UHNA) fiberin bir ucundan.
- aseton ve metanol karışımı ile elyafların çıplak uçları temizleyin.
- ticari bir elyaf bıçağıyla konusu elyafın çıplak uçları klivaj eder.
- Füzyon liflerin yarılan ucunu birleştirebilirler. UHNA elyaf raptetme SMF için bir reçete Tablo 1 'de gösterilmiştir.
- ek yeri üzerinde koruyucu bir kılıfı kaydırın ve kalıcı lif ona bağlamaya kol fırında yerleştirin.
- Tekrarlayın üç liflerin toplam hazırlamak için 2.1-2.5 adımları tekrarlayın.
Test Kur 3. yapılandırma
Not: bir ölçüm sisteminde bir diyagramı Şekil 1 B 'de gösterilmiştir. çip için montaj bir termoelektrik soğutucu (TEC) ile temas halinde olan bir bakır kaide. fotonik çip görüntüleme için görünür ve kızıl ötesi (IR) kameraların ile donatılmış bir mikroskop bulunmaktadır.
- yerçip üzerinde balmumu az miktarda monte mumu eritmek için TEC gerilimi uygulanır.
- o Dağı üzerinde düz olarak oturduğundan emin olarak, erimiş mum üzerinde çip yerleştirin.
- TEC gelen voltaj çıkarın ve yavaşça soğumaya montaj elemanı ve çip izin verir.
- poliimid bant ile bir elyaf V-oluk eklenmiş fiberlerin her takın ve üretici tarafından sağlanan montaj donanımı kullanılarak 3-eksenli aşamaların her tek bir V-oluk monte edin.
- Fiber kenarının birleştirme.
- lazerin optik çıkışa bir ve optik güç metre, diğer ikisi: kendi bileşenlerine üç lifleri bağlayın.
- dalga kılavuzu kenarına ulaşmak çip üzerinde odaklanmıştır böylece mikroskop ayarlayın.
- , görünür kameranın görüş içinde olacağı şekilde çip kenarına yakın lifleri yerleştirin ve her bir elyafın çekirdek odak böylece kendi yüksekliklerini ayarlarlar.
- aşama micromete lifler yatay konumunu ayarlaonlar dalga kılavuzları ile dizilmiş böylece rs.
- Lazer ve ayar ışık dalga kılavuzu içine birleştirilmesi kadar giriş elyaf yatay ve dikey mikrometre pozisyonları optik çıkış açın. Bu giriş dalga kılavuzu boyunca saçılım olarak kızılötesi kamera görünecektir.
- Ayarlama mikro halka rezonatör kamerada yanar bir noktaya kadar Lazerin dalga boyu. Bu rezonans durumu tatmin ediliyor ve ışık çıkışı dalga kılavuzlarını ulaşan olduğunu gösterir.
- Güç metre dalga kılavuzları uzanan bir ışık ölçülebilir miktarda kadar çıkış elyaf yatay ve dikey mikrometre pozisyonları ayarlayın.
- Lif yatay ve dikey mikrometre pozisyonları manipüle ederek, her iki dedektör gücü maksimize.
- Bundan başka, piezo AYAR kullanılarak yatay ve dikey elyaf pozisyonlarına ince ayarlamalar yaparak dedektör gücünü maksimizeers.
- çipe biraz daha yakın lifleri taşımak için piezo denetleyicileri kullanın. muhtemel liflerin yarılır uçlarını zarar görmesine neden olur gibi çip üzerine lifleri itmek için mikrometre kullanmaya dikkat edin.
- Lifler sıkıca çip yanlarına doğru bastırılmış kadar tekrarlayın 3.5.9 ve 3.5.10 adımları tekrarlayın.
Not: düşük dalga kılavuzu aktarabilen dalga kılavuzları, gelen aşırı saçılan ışık, dalga kılavuzu kusurların bir göstergesi olabilir. Bu maddeler arasında, fakat malzeme kusur yerleri, dikiş sınırları ve aşırı dalga pürüzlülüğü, bunlarla sınırlı değildir.
- lazer ve çip arasında bir fiber-bazlı polarizasyon denetleyicisi yerleştirin. Bu çipe yapar polarizasyon devletin kontrolü sağlar. dalga kılavuzları, bunlar uzun boylu daha geniş olan, herhangi bir çip üzerinde polarizasyon dönmesini en aza indirmede yardımcı olmaktadır.
- Dağılım karakterizasyonu.
- Ayarlama, lazer çıkışının polarizasyon bağlanması için en üst düzeye çıkarmak için çipi. Bu cihaz, örneğin, çapraz-manyetik (TM) polarizasyon çok daha yüksek bir kayıp vardır, çapraz-elektrik (TE) kutuplaşma için tasarlanmıştır ve.
- ilgilenilen dalga boyu aralığında ayarlanabilir bir lazer (bu durumda 1.600 nm'ye 1510 nm) Tarama ve güç metre izler. iletim spektrumu herhangi eserler nedeniyle lif-yonga arayüzünden polarizasyon ve etalonu etkileri TM bileşeni bir arada muhtemeldir.
- spektrum rezonant dalga boylarını bulun ve aynı zamanda her bir rezonans bant genişliği ekstrakte edin. Bu özel çip kadar 23,000 arasında kalite faktörleri (S) çevirir 65 pm kadar küçük bant genişliği vardı.
- rezonansların her bitişik çifti için, serbest spektral aralık (FR), rezonansların arasındaki mesafeyi belirler. Bu özel cihaz ~ 5 nm'lik bir FSR'ye sahiptir.
- Aşağıdaki denklem kullanılarak FSR her bir değeri için yönlendirme modunda grup indeksi (n g) hesaplayın:
n 5" src = "/ files / ftp_upload / 55257 / 55257eq5.jpg" />
burada λ dalga boyu ve r mikro halka rezonatörün yarıçapıdır. Yukarıdaki denklem grubu indeksi birinci dereceden bir yaklaşımdır. - Grubu dizini her bir değeri ile ilişkilidir bir genişliğe (An g) belirlemek için her bir rezonans bant genişliği kullanım.
- Bunlar spektrumda rezonanslar denk ve aralarındaki rezonansları (Şekil 1C) tek sayıda sahip olduğu şekilde iki pompa lazer dalga boylarını seçin.
- Aşağıdaki denklem kullanılarak dejenere iki dalga boyu fotonların belirlenmesi:
λ Pompa 2 Pompa 1 ve λ nerede pompa foton dalga boyları vardır. - Iki pompa dalga boyunda (Şekil 3) arasında uzanan dalga boyu karşısında grup indeksi arsa üzerinde yatay bir çizgi ekleyin. o lin için mümkünsee aynı zamanda ilgi konusu her üç dalga boyu Δ n gr ± n gr içinde oturup, faz eşleme koşulu sağlandığı ve fotonlar SFWM ile oluşturulabilir. Mümkün değilse, birbirlerine en yakın oldukları ve tekrar kontrol edin pompa dalga boylarını seçmeyi deneyin.
- kurulum için bir ikinci ayarlanabilir lazer kaynağı ve polarizasyon denetleyicisi ekleyin ve 1 x 2 elyaf birleştiricisine her iki lazer optik çıkışları birleştirir.
- hemen çip önce elyaf bazlı çentik filtreleri (bunlardan yeterli zayıflatma ~ 120 dB elde) bir dizi ekleyin.
NOT: Filtreler hem pompa dalga boyları geçmesine ama iki foton dalga boyu reddetmesine izin. Bu çip bağlanmadan önce (yani, fiber optik saçılma geniş bant Raman) aşırı gürültüyü yok etmek için yardımcı olur. Filtre tayfı Şekil 1 B 'de gösterilmiştir. - elyaf bazlı bir bant geçiren filtre serisi (bunların yeterince zayıflatma ~ 150 dB elde etmek için) ekleyinhemen çip sonra.
NOT: Filtreler yeterince geniş olmalıdır iki fotonlar geçmesine ama pompa fotonları reddetmek için yeterli dar izin vermek. Bunlardan ikisi setleri, her çıkış için bir set ihtiyaç vardır. Filtre tayfı Şekil 1 B 'de gösterilmiştir. - güç metre ayırmak için filtrelerin her kümesinden reddedilen fotonları gönder.
NOT: Bu güç metre çipe optik bağlantıyı izlemek için kullanılır ve aynı zamanda pompa lazerleri üzerinde rezonans kalan olup olmadığını belirlemek için kullanılabilir. - tek foton detektörü (SPD) elyaf bazlı filtrelerin her grup içinden ayrı ayrı optik çıkışını ve tesadüf korelatöre SPDS hem elektrik sinyali çıkışları bağlayın.
- Tungsten probları, bir çift çapraz ve (~ 1 mm uzunluğunda), spiral bacaklarının biri üzerine mzi uçlarının aşağı ayarlanır.
- voltaj uygulandığında ısı üretmek iki çarpı sondalar böyle bir güç kaynağını bağlayın. Bu t faz kaydırıcı olarak hareket edecekdiye MZI.
NOT: fotonik aygıtların termal ayar için daha standardize yöntemin açıklaması için açıklamalara bakın.
4. İki foton Parazit Ölçüm
- Ayarlama seçilmiş dalga boyları için pompa lazer hem. Her iki lazerler rezonanslarına ayarlı olduğundan emin olmak için reddedilen pompa fotonları izlemektedir güç metre kullanın. lazerler düzgün istenen rezonansları ayarlı zaman, filtrelerden reddedilen sinyal maksimize edilecektir.
- dBm -3 her lazer optik güç çıkışı ayarlayın.
NOT: Bu çip kısmındaki <100 uW sonuçlanacaktır. (Çoklu foton emme ve serbest taşıyıcı absorpsiyon gelen) kaybını en aza indirmek ve (ışık kaynaklı ısı değişimleri en aza indirerek) istikrarını sağlamak için, pompa Gücü Bu düşük tutmak önemlidir. PN kavşakları daha iyi yüksek pompa güçlerini karşılamak için dalga kılavuzundan taşıyıcıları kaldırmak için kullanılabilir. - (Senkro tesadüfi sayımları Monitörveri tepe yaklaşık ~ 220 ps üzerinden integral alınarak iki port arasında akıl single). 100 tesadüf sayıları az tahsil edildiğinde yeterli entegrasyon zamanı geçti.
Not: birleştirme penceresi SPDS ait zamanı hatalarını hesaba yeterince geniş olmalıdır. - Ilk gerilimin (örneğin, 0 V) faz değiştiren için güç kaynağı olarak ayarlayın.
- tüm dalga boyu aralığında ayarlanabilir lazerlerin birini tarayın ve ilgi rezonansların yerini teyit etmek reddedilen pompa fotonları topluyorlar güç metre kullanın. İstenen rezonanslar tekabül eden dalga boylarına pompa lazer ayarlayın.
Not: bu adımı faz kaydırıcı gerilim rezonans dalga boylarında küçük kaymalar olabilir termal ayar olarak değiştirildi her zaman tamamlamak için önemlidir. - önceden seçilmiş için çakışma korelatör kaynaklanan veri (tek foton sayısı olarak tesadüfi sayımları) toplayınentegrasyon süresi. Burada, 90 sn'lik bir entegrasyon süresi 32 ps bir zamanlama çözünürlükte seçildi.
- 5 mV ile faz-değiştiren uygulanan gerilimi arttırır.
- veri gerilim istenilen aralıkta için toplanan edilene kadar tekrarlayın 4.4-4.6 adımları tekrarlayın.
Not: maksimum gerilim nedeniyle, bu gerilim değerinin üzerinde prob hızlı bozunmaya 2.4 V ile sınırlıydı. - Tesadüf toplam sayısı (Şekil 4) tespit için PS 220 ° boyunca her bir güç kaynağı voltajı için çakışma zirveleri entegre.
- Kazara tesadüfleri elde etmek uzakta tesadüf zirveden arta 320 ns entegre edin. tesadüf zirvesinde arızalar sayısını hesaplamak için bu sonucu kullanın.
- Aşağıdaki modifiye sinüs fonksiyonu ile her detektörden single sayılarını Fit:
A, B, C, D, E ve F uygun parametrelerdir burada. Bu uyum nedeniyle doğrusal olmayan relationsh gereklidirvoltaj ve indüklenen termal kayma (nispi fazı) arasında ip. - Aşağıdaki denklemle tüm verileri üç set (single her dedektörü ve tesadüf sayıları sayar) için göreli faza bağımsız değişkeni dönüştürme:
B, C, D ve E adımında 4.11 den uygun parametrelerdir burada. Bu dönüşüm bağlı bir mzi 12 tanınmış sinüzoidal transfer fonksiyonu mümkündür. - Aşağıdaki sinüs fonksiyonu (bağımsız değişken olarak nispi faz) tesadüf verileri uygun:
A ve B'nin uygun parametrelerdir. - aşağıdaki denklem ile her bir girişim deseni görünürlüğünü hesaplayın:
burada ƒ (θ) maksimum ve ƒ (
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Representative Results
iki yol arasındaki nispi faz ayarlandı her detektör, hem de çakışma sayımlarının Bireysel foton sayısı, toplanmıştır. Bireysel sayımları (Şekil 5A) 94,5 ± 1,6 ve% 94.9 ±% 0.9 görünürlük bir mzi klasik girişim deseni gösterir. 93.3 ±% 2.0 bir görüş, iki kez salınım klasik girişim deseni frekansı açıkça görüldüğü gibi rastlantı ölçümleri (Şekil 5B), dolaşık durumda kuantum girişimi göstermektedir (arıza ile 96.0 ± 2.1% çıkarılır) . Fotonlar esas olarak halka içerisinde oluşturulan olduğunu doğrulamak için, pompalar halka tarafından desteklenmeyen bir dalga oluşturulacak bir bi-fotonları gerektiren iki rezonanslar halinde yapılandırılmıştır. Şekil 5B 'de turuncu çizgi Böyle bir konfigürasyonu olan, önemli bir coincidenc vardır teyit es. Şekil 6, rezonans istenen iki fotonlar karşılık gelen yaklaşık frekansta simetrik olan uygun rezonans çiftleri için tesadüfi sayımları göstermektedir. Tüm durumlarda, nispi faz 2 θ bağımlılığı belirgindir.
Şekil 1: Silikon Dalga Kılavuzu Circuit için deneysel Testbed. (A) bir foton yayılımı yönünü gösteren silikon fotonik kuantum çip resmi. ilave halka içinde meydana dört dalga karıştırma işlemi için bir enerji tasarrufu diyagramıdır. (B) deney düzeneği silikon fotonik devresini test etmek için kullanılır. Pompa konfigürasyonu olarak oluşturulan iki fotonların dalga boyu gösteren oklarla mikro halka boşluğu (c) iletim spektrumu.s / ftp_upload / 55257 / 55257fig1large.jpg" target = "_ blank"> bu rakamın büyük halini görmek için lütfen buraya tıklayın.
Şekil 2, parlatılması ile ilgili Faset iyileştirilmesi. Imalattan sonra bir silikon fotonik çip (a) faset fakat (b) olarak cilalamadan sonra, parlatma ve sonraki görüntüler. Bu rakamın büyük halini görmek için buraya tıklayın.
Şekil 3: Dalga kılavuzu dispersiyonu karakterizasyonu. grup indeksi dalga boyu bağımlılığı Plot. kırmızı gölgeli bölge rezonansların bant genişliği için temsili ve faz-ma kolay değerlendirme sağlarBACK koşulu. Yeşil kesikli çizgi yataydır ve faz eşleme koşulu sağlandığı ortaya çıkartarak, gölgeli bölge içinde tamamen yer almaktadır. Veri tüm aralığı boyunca düz olduğu gerçeği sıfır dispersiyon onaylamaktır. Bu rakamın büyük halini görmek için buraya tıklayın.
Şekil 4: tesadüf Fotonlar ölçülmesi. 90 saniyelik bir entegrasyon süresi ve 32 ps bir zamanlama çözünürlüğü ile zaman-korelatör ile ölçülen çakışma tepe grafiği. Kırmızı kesik çizgiler 459 tesadüf toplam var olan çakışma pencerenin kenarları göstermektedir. Bu rakamın büyük halini görmek için buraya tıklayın.
Şekil 5: Klasik ve Kuantum Girişim Ölçümleri. (A) iki yolları arasındaki nispi bir faz olarak bir mzi tipik girişim desenini gösteren klasik ışık zengindir. (B) Rastlantı korelasyon ölçümleri nispi faz 2 θ bağımlılığını gösteren. Bu rakamın büyük halini görmek için buraya tıklayın.
Şekil 6: Çeşitli Pompa Dalgaboyu Yapılandırmalar Bi-Foton Görüş. Pompalama dalga boyları için tesadüfler korelasyon ölçümlerinin Arsalar ve hesaplanan visibilities (a (b) 1,518.2 nm ve 1,586.9 nm, (c) 1,522.9 nm ve 1,581.8 nm, (d) 1,527.7 nm ve 1,576.7 nm, (e) 1,532.4 nm ve 1,571.6 nm ve (f) 1,537.2 mil ve 1,566.6 nm. Tüm durumlarda, nispi faz 2 θ bağımlılığı belirgindir. Bu rakamın büyük halini görmek için buraya tıklayın.
| UHNA Fiber Ekleme Parametreleri SMF | |
| Hizala: Çekirdek | Odak: Otomatik |
| ECF: Kapalı | Otomatik Güç: Kapalı |
| Ayrılma ve Limiti: 1 ° | Çekirdek sınır açı: 1 ° |
| Temizleme Arc: 150 ms | Boşluk: 15 um |
| Gapset Pozisyon: Merkezi | Ön sigorta Güç: 20 bit |
| Ön sigorta süresi: 180 ms | Bindirme: 10 um |
| ARC1 Güç: 20 bit | ARC1 Saat: 18,000 ms |
| Arc2: Kapalı | Rearc Saat: 800 ms |
| Konik Splice: Kapalı | |
Tablo 1: UHNA Fiber Füzyon Ekleme SMF için ayarlar.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Discussion
mümkün olduğu fotonik aygıtların karmaşık ve ölçeklenebilir sistemler için sırayla aşmak için entegre fotonik alanında için birden zorluklar vardır. Bunlar arasında, ancak bunlarla sınırlı değildir: dar imalat toleransları, çevresel kararsızlıklar izole ve zarar tüm biçimlerinin en aza indirilmesi. fotonik aygıtların kaybını en aza indirmek için yardımcı yukarıda protokol kritik adımlar vardır.
kaybını en aza indirmede en önemli gerekliliklerinden biri yakından elyaf ve dalga kılavuzlarının optik modlarını eşleştirme. zorluk kısmı büyük mod alan çapı SMF (MFD) (~ 10 mm) kaynaklanmaktadır. entegre cihaz tarafında, çok daha küçük bir MFD (<1 um) ile 500 nm çapında bir silikon dalga kılavuzu vardır. UHNA bir lif uzunluğuna SMF veya fotonik çip kenarına ters konik yerleştirme: elyaf ve dalga kılavuzu arasındaki Bu mod geçişi, iki yolla iyileştirilebilir. birleştirilmiş bölge betw~ 3 um modu boyutunu azaltarak bir mod dönüştürücü olarak een SMF ve UHNA elyaf hareket eder. ters konik bu yüzünü yaklaştıkça dalga genişliği azaltarak çip üzerinde modu genişletmek için kullanılır. Bu çip, 300 um'lik bir geçiş uzunluğu ile (çip yönleri de) 150 nm uçları 500 nm dalga kılavuzu bir doğrusal bir konikliği kullanır. bu da dalga kılavuzu optik modu etkin indeksinde bir azalma çip sonuçları kenarına genişlik ve bir konik, mod genişler.
Çip faset cilalama da optik kaybını azaltmak konusunda çok önemlidir. İki ilgilidir istenen yüzeyine durdurulması ve üst kaplama malzemesi delaminating parlatma sırasında. İdeal olarak, faset nihai pozisyon konik sonunda tam olurdu. Ancak, bunu başarmak oldukça zordur ve cilalama önce birkaç mikron durdurulabilir böylece bu nedenle, konisinin ucu 100 um tarafından uzatılırKonik başlar. çok az malzeme kaldırılırsa, mod olduğunca verimli konik tarafından yakalanan edilmeyecektir. Çok fazla malzeme uzaklaştırılır, orada lif / talaş ara yüzeyinde daha büyük bir mod uyumsuzluk olacak ve ışık daha kaybolur. Diğer ana endişe üst kaplama kalkması olduğunu. Kılıfa (temizlik ya da aşırı stres) üretimi ile ilgili sorunların var ise, kaplama çip kenarında substrata yapışır olmayabilir. delaminasyon dalga kılavuzları birinde meydana gelmesi durumda, çok kötü kavrama verimliliğine neden olacaktır. o parlatma sırasında fark edilirse, su dışında bir cilalama yağlayıcı genellikle sonuçları geliştirebilirsiniz.
Yukarıdaki protokol iyileştirilmesi için oda var. En fazla iyileşme termal cihazı ayarlama yapmak için bir daha standart yöntem kullanılarak gelecekti. Burada kullanılan yöntem, herhangi bir metal katmanlar içermiyordu basitleştirilmiş üretim işleminin bir sonucudur. Tipik olarak, bir bana dirençlital katman ısıtıcı elemanları için kullanılır ve yüksek düzeyde iletken bir metal tabaka ısıtıcı elemanlarına pedlerden temas pedleri ve teller için kullanılır. Bir aşaması daha sonra bir voltaj ısıtıcıları uygulanacak sağlayan pabuçlarına probları aşağı ayarlamak için kullanılabilir. Bu, kontrol ve denge daha büyük bir düzeyde sağlar. burada ancak metal ısıtıcılar ile test edilmiştir için benzer bir silikon fotonik çip ekteki video gösterilir.
Foton çipe ışık bağlanması için başka yöntemler de vardır. Bu iş için, etek kavrama kullanılmıştır. Diğer yaygın yöntemler boş alan bağlantı ve rendeleme çiftlemeler bulunmaktadır. Boş alan birleştirme hizalamak ve çipin kenarında dalga kılavuzu içine ışın odak toplu optik elemanlar üzerine dayanır. Bu şekilde bağlantı ile dezavantajı ışınının sıraya dizilişini optimize etmek zor olabilir, ve her zaman bağlı endeksi farkı arayüzde bir yansıma olur. Izgara bağlantı elemanları dalga gelen ışığı dağıtırBir fiberin uç cihaza bağlanması için kaplama yüzeyinde yerleştirilebilir, böylece dikey kılavuz. Bunlar aynı zamanda zor uyum ve daha yüksek kayıplar (elyaf mikroskop görüş alanında genellikle) de dahil olmak üzere bazı sorunlar vardır. Fiber kenarının birleştirme ya da mükemmel değildir. çip karşı lifleri basılması fiberlerin uçlarının hasar ve lifler ve yonga kenarı hem de sık sık temizlenmesi gerekir olabilir. Fiber kenarının bağlantı yararı hizalama diğer iki yönteme göre çok daha kolay ve daha düşük kayıp elde edebildiği olmasıdır.
Optik sistemler artar karmaşıklığı gibi, onları kararlı bir platform haline ölçekli için tek uygun yolu çok elektronik teknolojisinin yolu gibi, entegre bir sistemin içindedir. zorluk dökme ve önceden dağıtılan elyaf bazlı optik sistemler ile entegre fotonik platformu birleştiriliyor. Foton tabanlı kuantum bilgi sistemlerinin kullanımı, inf ilekatlanarak (klasik sistemler doğrusal ölçekleme ile karşılaştırıldığında), faz stabilitesi ve düşük kayıplı fotonik teknolojileri entegre ormation alanı terazi başarısı için çok önemlidir. Tarif ettiğimiz protokol bu gelişmekte olan teknolojiyi ilerletmek üzere ileri bir başlangıç yolu olarak hizmet vermektedir.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Disclosures
Biz ifşa hiçbir şey yok.
Acknowledgments
Bu çalışma, Ulusal Bilim Vakfı (Hibe ECCS-1542081) tarafından desteklenen Cornell University Nanoseviye Bilim ve Teknoloji Tesisi, Ulusal Nanoteknoloji Altyapı Ağı üyesi, en kısmen gerçekleştirilmiştir. Biz Hava Kuvvetleri Araştırma Laboratuarı (AFRL) bu iş için destek için minnettarım. Bu malzeme kısmen Ödülü sayılı ECCS14052481 altında Ulusal Bilim Vakfı tarafından desteklenen çalışma dayanmaktadır.
Materials
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| 3-Axis NanoMax Flexure Stage | Thorlabs | MAX312D | Precision 3-axis stages |
| Three-Hole Fiber Stripping Tool | Thorlabs | FTS4 | buffer stripping tool |
| 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 |
| GreenLube | Allied High Tech | 90-209010 | Polishing Lubricant |
| 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. , Cambridge University Press. Section 4.3 (2013).
