قياس الكم التدخل في المصدر السيليكون الدائري الرنان فوتون

العام من هذا الإجراء هو توصيف مصدر زوج فوتوني فوتوني متكامل من خلال قياس التداخل الكمي. يمكن أن تساعد هذه الطريقة في الإجابة على الأسئلة الرئيسية المتعلقة بالضوئيات الكمومية المتكاملة ، بما في ذلك كيفية تحقيق مصادر مقياس الرقائق للفوتونات المترابطة ودمجها في الدوائر الضوئية الكمومية المتكاملة. الميزة الرئيسية لهذه التقنية هي أنه يمكن تطبيقها على مجموعة متنوعة من الدوائر الضوئية الكمومية المتكاملة.

في قلب التجربة توجد الشريحة الضوئية. يبلغ طول هذه الشريحة حوالي خمسة ملليمترات على الجانب ، ويتم تصنيعها باستخدام التقنيات القياسية. تكشف هذه الصورة للشريحة عن مكوناتها.

هناك دائرة مضخة ، بما في ذلك دليل موجة الإدخال ، ورنان حلقي ، حيث تنتشر الفوتونات في اتجاه عقارب الساعة وعكس اتجاه عقارب الساعة ، ومقياس تداخل Mach-Zehnder ، والذي يتبعه أدلة موجة الإخراج. تسمح الأسلاك المعدنية بالتسخين على الرقاقة ، مما يؤدي إلى تحول الطور في مقياس التداخل. لتحضير الشريحة للاستخدام في الدائرة ، قم بتلميعها باستخدام ملمع الرقائق.

استخدم الملمع أولا لتسوية الرقاقة ، واجعل جميع الجوانب متعامدة. قم بتلميع الرقاقة بقطعة لف بحجم ثلاثة ميكرون ، بخطوات حوالي 50 ميكرون ، حتى في حدود 100 ميكرون من نهاية علامات التلميع. بعد كل 50 ميكرون ، افحص الشريحة لتحديد المسافة المتبقية.

عندما يتبقى حوالي 100 ميكرون ، قم بالتغيير إلى وسادة لف بحجم ميكرون واحد. استمر في تلميع الرقاقة ومراقبة التقدم. عندما يتبقى حوالي 20 ميكرون ، قم بالتغيير إلى وسادة 0.5 ميكرون.

قم بتلميع الرقاقة بشكل أكبر ، حتى في غضون 15 ميكرون من نهاية علامات التلميع. عند 15 ميكرون ، قم بتغيير وسادة اللف إلى واحدة ذات خشونة 0.1 ميكرون. استخدم هذه الوسادة لتلميع الرقاقة حتى يتبقى 10 ميكرون فقط من علامات التلميع.

تضمن خطوة التلميع الأخيرة ، مع وسادة لف 0.1 ميكرون ، وجها سلسا. قم بإزالة الرقاقة قبل تنظيفها وتخزينها لاستخدامها لاحقا. اجمع المعدات اللازمة لإعداد الألياف الضوئية.

يتضمن ذلك متجرد ألياف ، وساطور ألياف ، وجهاز ربط انصهار ، وفرن أكمام. اعمل مع أسلاك التوصيل المصنوعة المصنوعة من الألياف أحادية الوضع ، وحوالي 20 إلى 30 سم من ألياف الفتحة العددية العالية للغاية لكل منها. لتحضير ضفيرة واحدة ، استخدم أداة تجرد الألياف لإزالة أي مخزن مؤقت أو ترميز من نهايته.

افعل الشيء نفسه مع أحد طرفي طول ألياف الفتحة العددية العالية. بعد تنظيف الألياف ، استخدم الساطور الليفي لإعدادها للربط الانصهاري. بعد ذلك ، انقل الألياف إلى جهاز الربط

ضع الألياف في موضعها ، وقم بمحاذاة الأطراف المشقوقة بشكل صحيح. أدخل المعلمات المناسبة ، وقم بإجراء اللصق. عند الانتهاء ، قم بإزالة الألياف المقسمة وفحصها.

إذا كان لصق مقبولا ، فقم بتحريك غلاف واقي فوق موقع اللصق. ثم ضع اللصق المغطى بالأكمام في فرن الأكمام لتثبيته بشكل دائم على الألياف. استمر في إنتاج ثلاث ألياف مقسمة لاستخدامها في التجربة.

تتم التجربة على مقعد بصري. يوجد على المقعد ثلاث مراحل ترجمة ثلاثية المحاور مع وحدات تحكم بيزو. يتم وضعها للسماح بالوصول إلى أدلة موجات الرقاقة.

تحيط مراحل الترجمة بالشريحة الضوئية التي تم تركيبها بالفعل على قاعدة نحاسية. قاعدة التمثال على اتصال بالمبرد الكهروحراري. تحتوي كل مرحلة من مراحل الترجمة على أحد الألياف المحضرة في أخدود V ، ومرفقة بشريط بوليميد.

يمكن رؤية المنطقة التي تحتوي على الشريحة باستخدام المجهر المجهز بكاميرات مرئية وكاميرات تعمل بالأشعة تحت الحمراء. في هذه المرحلة ، يمكن توصيل الألياف بأدوات التجربة. قم بتوصيل إدخال الرقاقة بالإخراج البصري لمصدر ليزر قابل للضبط عبر وحدة تحكم في الاستقطاب.

قم بتوصيل كل إخراج من الشريحة بمقياس طاقة ضوئي. الآن ، اضبط موضع المجهر للعمل مع الشريحة. ركز المجهر حيث تصل أدلة الموجة إلى حافة الشريحة ، واستخدم مراحل الترجمة لوضع الألياف بالقرب من حافة الشريحة.

اعرض الألياف على الكاميرا المرئية ، واضبط ارتفاعاتها ، بحيث يكون جوهر كل ألياف في بؤرة التركيز. قبل المتابعة ، تأكد من أن الوضع الأفقي لكل ألياف يتماشى مع دليل الموجة الخاص به. قم بتشغيل الإخراج البصري لليزر ، واضبط موضع ألياف الإدخال حتى يقترن الضوء بدليل الموجة.

في كاميرا الأشعة تحت الحمراء ، سيظهر هذا على أنه مبعثر على طول دليل موجة الإدخال. بعد ذلك ، قم بضبط الطول الموجي لليزر بحيث يضيء مرنان الحلقة الدقيقة على كاميرا الأشعة تحت الحمراء. هذا يشير إلى أن حالة الرنين قد تم استيفائها.

استمر في معالجة مواضع الألياف باستخدام الميكرومتر ، وذلك لزيادة طاقة الخرج المقاسة بواسطة عدادات الطاقة. اضبط مواضع الألياف بدقة ، وحرك كل ألياف بالقرب قليلا من الشريحة ، باستخدام وحدات التحكم في مرحلة بيزو. كرر بين الضبط الدقيق لجميع وصلات الألياف وتحريك جميع الألياف بالقرب من الشريحة.

الهدف هو ضغط الألياف بقوة على جوانب الشريحة ، مع زيادة الطاقة المقاسة. الخطوة التالية هي توصيف التشتت. ابدأ التوصيف عن طريق ضبط وحدة التحكم في الاستقطاب لزيادة قراءة الطاقة على عدادات الطاقة.

الآن ، قم بمسح الليزر القابل للضبط على نطاق الطول الموجي ذي الأهمية للعثور على طيف الإرسال. استخرج عرض النطاق الترددي لكل رنين ، واستخدم المعلومات للعثور على مؤشرات المجموعة وحالات عدم اليقين المقابلة. بعد ذلك ، حدد الأطوال الموجية لليزرين المضخات من خلال إيجاد رنين لهما عدد فردي من الرنين بينهما.

تسمح معرفة هذه الأطوال الموجية بتحديد الطول الموجي ثنائي الفوتون. لاختبار ما إذا كانت هذه الأطوال الموجية الثلاثة متوافقة مع الاختلاط التلقائي المكون من أربع موجات ، ارسم مؤشر المجموعة مقابل الطول الموجي. في هذه الحالة ، تكون النقاط الزرقاء هي مؤشرات المجموعة.

يتوافق التظليل الأحمر مع عدم اليقين في مؤشرات المجموعة ، نتيجة لعرض النطاق الترددي لكل رنين. يمتد الخط الأفقي الأخضر بين الأطوال الموجية لليزر المرشح للمضخة. نظرا لأن الخط يقع بالكامل داخل المنطقة المظللة ، يمكن استخدام المضخة والأطوال الموجية ثنائية الفوتون للتجربة.

بمجرد تحديد الأطوال الموجية للمسبار ، قم بإنشاء إعداد التجربة النهائي. يحتوي هذا على مصدرين لليزر قابلين للضبط ، واحد لكل من الأطوال الموجية لليزر للمضخة. تذهب كل مخرجات الليزر إلى وحدات تحكم استقطاب منفصلة.

من هناك ، يتم دمج مخرجي الليزر في مجمع الألياف. بجانب هناك سلسلة من مرشحات الشق القائمة على الألياف. تسمح هذه المرشحات بمرور الأطوال الموجية للمضخة ، لكنها تحقق ما يقرب من 120 ديسيبل من توهين الطول الموجي ثنائي الفوتون.

يذهب إخراج هذا المرشح إلى الشريحة الضوئية. في كل إخراج ، بعد الشريحة ، هناك سلسلة من مرشحات ممر النطاق الترددي. تخفف هذه المرشحات الأطوال الموجية للمضخة بحوالي 150 ديسيبل ، ولكنها تمر بالأطوال الموجية ثنائية الفوتون.

يتم إرسال الفوتونات المرفوضة من كل مجموعة من المرشحات إلى مقياس طاقة مخصص. يذهب الإخراج من كل مرشح من المرشحات القائمة على الألياف إلى كاشف فوتون واحد مخصص. يوفر كل من كاشفات الفوتون الفردية مدخلات إلى ارتباط صدفة.

ناقل الحركة الطوري لمقياس التداخل Mach-Zehnder هو سخان مقاوم للرقاقة. قم بتوصيل برنامج تشغيل التيار الذي يتم التحكم فيه بواسطة الكمبيوتر بوسادات التلامس الخاصة بالشريحة لتوليد الحرارة عند ضبط الجهد. بالنسبة لقياسين لتداخل الفوتون ، ابدأ بليزر المضخة بالأطوال الموجية المختارة.

راقب عدادات الطاقة للتأكد من ضبط كل ليزر على رنينه، وزيادة الطاقة. بعد ذلك ، راقب عدد المصادفة عند الارتباط. كما هو موضح في هذا الشكل ، أوجد ذروة البيانات وقم بالتكامل على مدى نافذة 220 بيكو ثانية تقريبا ، متمركزة عليها.

تتبع عدد المصادفات حتى يكون هناك إجمالي 100 على الأقل. يشير هذا إلى مرور وقت تكامل كاف. الآن ، انتقل إلى الكمبيوتر لضبط التحكم في الجهد لمبدل الطور عند صفر فولت.

بمجرد ضبط تحول الطور ، انتقل إلى أحد أجهزة الليزر القابلة للضبط وقم بمسح نطاق الطول الموجي بالكامل. استخدم عدادات الطاقة لفوتونات المضخة المرفوضة لتحديد موقع الرنين المحدد مسبقا والتي ربما تكون قد انجرفت. اضبط ليزر المضخة لتتناسب مع الرنين المختار مسبقا.

من المهم اتباع الرنين المختار بمرور الوقت ، بدلا من الأطوال الموجية. يتم تسخينه ، ويتم تسخين الحلقة أيضا ، ولكن بشكل أقل كفاءة. هذا يحول الرنين إلى أطوال موجية أطول.

اجمع البيانات الناتجة من مرابط الوقت باستخدام وقت التكامل الذي تم اختياره مسبقا. يتضمن ذلك عدد الفوتونات التي يحسبها كل كاشف في أعداد المصادفة. بعد جمع البيانات ، اضبط التحكم في الجهد لناقل الحركة الطور ، وزده بمقدار خمسة مللي فولت.

كرر مسح الليزر وجمع بيانات العد حتى يتم تغطية النطاق المطلوب من الفولتية. تم الحصول على أنماط تداخل الضوء الكلاسيكية هذه باستخدام إعداد الاختبار عن طريق جمع أعداد الفوتونات الفردية كدالة للطور النسبي بين المسارين. بالإضافة إلى البيانات المقاسة ، الممثلة بالدوائر والماس ، فإن الخطوط الصلبة تتناسب مع البيانات.

تمثل الأرقام الرؤية المحسوبة. تظهر قياسات ارتباط الصدفة التداخل الكمي للفوتونات المتشابكة. لاحظ أن التذبذب يبلغ ضعف تردد النمط الكلاسيكي.

المنحنى البرتقالي هو من اختبار أصل الفوتون الذي يتطلب إنشاء فوتونات متشابكة بطول موجي لا تدعمه الحلقة. يوضح أن المصادفات ناتجة عن الفوتونات المتولدة في الحلقة. هذه البيانات مأخوذة من ست تجارب تكون فيها أزواج الرنين متماثلة في التردد ، حول الإقامة ثنائية الفوتون المطلوبة.

توضح كل مجموعة من البيانات فترة نصف فترة المرحلة النسبية. بمجرد إتقانها ، يمكن إجراء هذه التقنية في غضون 10 إلى 15 ساعة ، إذا تم إجراؤها بشكل صحيح. يتم تحديد الوقت الإجمالي بشكل أساسي من خلال دقة زيادة جهد مبدل الطور ووقت التكامل المرتبط بكل قياس مصادفة ثنائي الفوتون.

أثناء محاولة هذا الإجراء ، من المهم أن تتذكر أن تأخذ وقتك أثناء تحسين وصلات الشريحة. إذا لم يتم ذلك بشكل صحيح ، فقد لا تكون الألياف مستقرة أثناء القياسات. بعد مشاهدة هذا الفيديو ، يجب أن يكون لديك فهم جيد لكيفية إعداد واختبار مصادر الفوتون الضوئية المتكاملة.