Name: La medición de interferencia cuántica en una fuente de silicio resonador de anillo de fotones (Video) | JoVE Journal
Uploaded: 2017-04-04T10:30:00.000+00:00
Duration: 12 min 19 s
Description: Aprende a caracterizar fuentes de pares de fotones en circuitos fotónicos integrados de silicio mediante mediciones de interferencia cuántica. Este método avanza el desarrollo de sistemas cuánticos compactos.

ai_agent_IP

ai_agent

maintenance

instantTrialDurationMinutes

isBiopharma

enableNewMyJoveSectionDesign

educationFeatures

seoMetaApi

ai_copilot_institution_blacklist

ai_chat_institution_blacklist

freeAccessWindow

ssoRoleCapture

scheduledMaintenanceBanner

joveLabsFeatures

disable_autoplay_for_bots

extended_trial_duration

5 minutes

Este trabajo fue realizado en parte en la nanoescala Ciencia y Tecnología Fondo para la Universidad de Cornell, un miembro de la Red de Infraestructura Nacional de Nanotecnología, que es apoyado por la Fundación Nacional de Ciencia (Grant ECCS-1542081). Reconocemos el apoyo para este trabajo del Laboratorio de Investigación de la Fuerza Aérea (AFRL). Este material está basado en trabajo apoyado en parte por la National Science Foundation con la adjudicación núm ECCS14052481.

NOTA: Este protocolo supone que el chip fotónico ya se ha fabricado. El chip se describe aquí (que se muestra en la Figura 1A) fue fabricado en la instalación de la Universidad de Cornell nanoescala Ciencia y Tecnología utilizando técnicas de procesamiento estándar para los dispositivos fotónicos de silicio 11. Estos incluyen el uso de obleas de silicio sobre aislante (compuesta de una capa de silicio 220 nm de espesor, una capa de 3 m de dióxido de silicio, y un sustrato de silicio 525 micras de espesor), la litografía por haz de electrones para definir las guías de ondas de tira (500-nm de ancho), y la deposición química de vapor mejorada por plasma del revestimiento de dióxido de silicio (~ 3 micras de espesor). Los resonadores de micro anillo fueron diseñados con un radio interno de 18,5 micras y un hueco-guía de ondas a anillo de 150 nm. Figuras de mérito para este dispositivo incluyen la pérdida, factor de calidad, el rango espectral libre, y la dispersión. 1. Photonic chip Preparación <ol><li> Coloque una pequeña Amount de cera en un montaje de pulido-cruz de seccionamiento y calentar a ~ 130 ° C. NOTA: La cantidad de cera que se utilizará depende del tamaño de la muestra que está siendo montado. Debe haber suficiente cera para mantener el chip inmóvil, mientras que un exceso dará lugar a la cera en las facetas de chips. </li><li> Coloque el chip fotónico sobre la porción del pulido montar con la cera. Asegúrese de que la cera se funde completamente para que el chip es plana contra la montura. Utilice pinzas de plástico al manipular el chip para evitar dañar las facetas. </li><li> Permitir que el montaje se enfríe en el aire ambiente de modo que la cera se solidifica. Enfriamiento rápido que esto puede causar daños en el chip. </li><li> Pulir las facetas de chips. NOTA: Es importante elegir la plataforma correcta lapidado como comenzando con una almohadilla que es demasiado agresivo puede resultar en el pulido de distancia más del chip de lo deseado. <ol><li> Una el pulido de montaje a la pulidora y pulir durante sólo unos segundos. Una almohadilla con una rugosidad 3-m ha demostrado serun buen punto de partida para los chips de silicio con longitudes de faceta de ~ 1 cm. </li><li> Quitar el montaje de pulido e inspeccionar la faceta chip para determinar cómo se monta el nivel del chip. NOTA: Un microscopio es útil para medir la distancia entre los extremos de las guías de onda y la faceta de la viruta. Estas mediciones permiten el ángulo entre la faceta y la guía de ondas que se determine. </li><li> Hacer los ajustes necesarios a los micrómetros en la pulidora con el fin de mejorar la nivelación del chip. </li><li> Repita pasos 1.4.1-1.4.3 hasta que la faceta del chip y las guías de ondas se encuentran dentro de 0,15 ° de ser ortogonales entre sí. </li><li> Polaco el chip en pasos de ~ 50 m, la inspección de la viruta entre cada paso para controlar la distancia restante, hasta que hay ~ 100 micras izquierda a pulir. Si en cualquier momento el revestimiento parece estar deslaminación de la superficie, asegurarse de que la almohadilla está girando a fin de pulimento de la parte superior del chip a la parte inferior. NOTA: También puede ayudar el uso de un lubricante de pulido en lugar de agua. Esta deslaminación es un resultado de la tensión en el revestimiento y es una indicación de que el proceso de fabricación debe ser optimizado. </li><li> Cambiar a una almohadilla de chapoteo 1-m y pulir hasta que no es de ~ 20 m restante. </li><li> Cambiar a una almohadilla de 0,5-m y continuar pulido para otro 15 m. </li><li> Utilice una almohadilla de 0,1-m para la final 5 micras para asegurar una faceta suave. Imágenes de microscopio de la faceta de un chip de fotónico de silicio antes y después del pulido se muestran en la Figura 2. </li></ol></li><li> Calentar el montaje con el chip unido a ~ 130 ° C para permitir que la cera se derrita. </li><li> Una vez que la cera se derrita por completo, retire el chip de la montura y dejar que se enfríe lentamente. </li><li> Limpiar cualquier de la cera restante desde el chip usando acetona, isopropanol, y agua. </li></ol> 2. Preparación de fibras Pigtails <ol><li> Franja de cualquier tampón o recubrimiento from el extremo de un cable flexible de conexión fibra de modo único (SMF) y desde un extremo de una fibra ultra-alta apertura numérica (uhna). </li><li> Limpiar los extremos desnudos de las fibras con una mezcla de acetona y metanol. </li><li> Escindir el extremos desnudos de ambas fibras con una cuchilla de fibra comercial. </li><li> Fusión empalmar el extremo cortado de las fibras. Una receta para el empalme SMF a la fibra uhna se muestra en la Tabla 1. </li><li> Deslizar un manguito protector sobre el empalme y colocarlo en el horno de la manga para fijar de forma permanente a la fibra. </li><li> Repetir los pasos 2.1 a 2.5 para preparar un total de tres fibras. </li></ol> 3. Configuración de la instalación de Prueba NOTA: Un diagrama de la configuración de la prueba se muestra en la Figura 1B. El soporte para el chip es un pedestal de cobre que está en contacto con un refrigerador termoeléctrico (TEC). Hay un microscopio equipado con ambas cámaras visibles e infrarrojos (IR) para la visualización del chip fotónico. <ol><li> Lugaruna pequeña cantidad de cera en el chip de montaje y se aplica voltaje a la TEC para fundir la cera. </li><li> Colocar el chip en la cera derretida, asegurándose de que quede plano en el monte. </li><li> Elimina la tensión de la TEC y permitir que el montaje y el chip para enfriar lentamente. </li><li> Adjuntar cada una de las fibras empalmadas a una fibra de ranura en V con la cinta de poliimida y montar una sola ranura en V para cada una de las etapas de 3 ejes utilizando el hardware de montaje suministrado por el fabricante. </li><li> acoplamiento del borde de la fibra. <ol><li> Conectar las tres fibras a sus respectivos componentes: uno a la salida óptica del láser y los otros dos a medidores de potencia óptica. </li><li> Ajustar el microscopio de manera que se centra en el chip, donde las guías de ondas alcanzan el borde. </li><li> Posición de las fibras cerca del borde de chip de modo que estén en la vista de la cámara visible y ajustar sus alturas manera que el núcleo de cada fibra está en el foco. </li><li> Ajuste el posicionamiento horizontal de las fibras con el micromete etapars para que se alinean con las guías de onda. </li><li> A su vez en la salida óptica del láser y ajustar las posiciones del micrómetro horizontal y vertical de la fibra de entrada hasta que la luz es el acoplamiento en la guía de ondas. Esto se mostrará en la cámara de infrarrojos como la dispersión a lo largo de la guía de onda de entrada. </li><li> Tune la longitud de onda del láser a un punto donde el resonador de micro anillo se ilumina en la cámara. Esto indica que la condición de resonancia está siendo satisfecha y que la luz está llegando a las guías de onda de salida. </li><li> Ajuste las posiciones micrómetro horizontal y vertical de las fibras de salida hasta que haya una cantidad medible de luz que se extiende desde las guías de ondas a los medidores de potencia. </li><li> Maximizar el poder de ambos detectores mediante la manipulación de las posiciones micrómetro horizontal y vertical de las tres fibras. </li><li> maximizar aún más el poder de los detectores al hacer ajustes finos a las posiciones de fibra horizontal y vertical usando el controll piezoERS. </li><li> Usa los controladores piezoeléctricos para mover las fibras ligeramente más cerca de la viruta. Asegúrese de no utilizar los micrómetros para empujar las fibras sobre el chip, ya que al hacerlo es probable que dañe los extremos cortados de las fibras. </li><li> Repetir los pasos 3.5.9 y 3.5.10 hasta que las fibras están firmemente presionados contra los lados del chip. NOTA: El exceso de luz dispersa de las guías de onda, junto con la mala transmisión de guía de ondas, puede ser una indicación de los defectos de la guía de onda. Estos pueden incluir, pero no están limitados a, sitios de materiales de defectos, límites de costura, y la rugosidad de la guía de ondas excesiva. </li></ol></li><li> Colocar un controlador de polarización basado en fibra entre el láser y el chip. Esto permite un control del estado de polarización que hace que sea al chip. Las guías de ondas, siendo más anchos que altos, ayuda a reducir al mínimo cualquier rotación de la polarización en el chip. </li><li> caracterización de la dispersión. <ol><li> Sintonizar la polarización de la salida del láser para maximizar el acoplamiento de<html> el chip. Este dispositivo fue diseñado para transversal-eléctrico de polarización (TE) y, como tal, el (TM) de polarización transversal magnético tiene una pérdida mucho mayor. </li><li> Analiza un láser sintonizable en el rango de longitud de onda de interés (1.510 nm a 1.600 nm en este caso) y controlar los medidores de potencia. Cualquier artefactos en los espectros de transmisión son probablemente debido a una combinación de la componente TM de la polarización y etalón efectos de la interfaz de chip de fibra. </li><li> Localizar las longitudes de onda resonantes en el espectro y también extraer el ancho de banda de cada resonancia. Este chip particular tenía anchos de banda tan pequeñas como 65 pm, lo cual se traduce en factores de calidad (Q) de hasta 23.000. </li><li> Determinar la gama libre espectral (FSR), la separación entre las resonancias, para cada par adyacente de resonancias. Este dispositivo en particular tenía una FSR de ~ 5 nm. </li><li> Calcular el índice de grupo (n g) del modo de guiado para cada valor de la FSR utilizando la siguiente ecuación: n 5&quot; src = &quot;/ files / ftp_upload / 55257 / 55257eq5.jpg&quot; /&gt; donde λ es la longitud de onda y r es el radio del resonador micro-ring. La ecuación anterior es una aproximación de primer orden del índice de grupo. </li><li> Utilice el ancho de banda de cada resonancia para determinar una anchura (Delta n g) asociada con cada valor del índice de grupo. </li><li> Elija las longitudes de onda para los dos láseres de bombeo de tal manera que coincida con las resonancias en el espectro y tienen un número impar de resonancias entre ellos (Figura 1C). </li><li> Determinar la longitud de onda de los degenerados bi-fotones utilizando la siguiente ecuación: <img alt="ecuación 6" src="/files/ftp_upload/55257/55257eq6.jpg" /> donde λ bomba 1 y λ bomba 2 son las longitudes de onda de los fotones de bombeo. </li><li> Añadir una línea horizontal en la trama de índice de grupo frente a longitud de onda que se extiende entre las dos longitudes de onda de la bomba (Figura 3). Si es posible que el line para sentarse dentro de n g ± Δ n g en las tres longitudes de onda de interés al mismo tiempo, la condición de coincidencia de fases está satisfecho y fotones puede generarse a través SFWM. Si no es posible, trate de la elección de las longitudes de onda de bombeo que están más cerca juntos y puedes volver a intentarlo. </li></ol></li><li> Añadir una segunda fuente de láser sintonizable y controlador de polarización a la configuración y combinar las salidas ópticas de los dos láseres con un combinador de fibra de 1 x 2. </li><li> Añadir una serie de filtros de muesca basado en fibra (suficiente de ellos lograr ~ 120 dB de atenuación) inmediatamente antes del chip. NOTA: Los filtros permiten ambas longitudes de onda de la bomba pasen pero rechazan la longitud de onda bi-fotón. Ellos ayudan a eliminar el exceso de ruido (es decir, de banda ancha dispersión Raman en la fibra óptica) antes del acoplamiento al chip. El espectro de filtro se muestra en la Figura 1B. </li><li> Añadir una serie de filtros de paso de banda basados ​​en fibra (lo suficiente de ellos para lograr ~ 150 dB de atenuación)inmediatamente después de la chip. NOTA: Los filtros deben ser lo suficientemente amplia como para permitir que los bi-fotones pasen pero lo suficientemente estrecha como para rechazar los fotones de bombeo. Se necesitan dos conjuntos de estos, un juego para cada salida. El espectro de filtro se muestra en la Figura 1B. </li><li> Enviar los fotones rechazados de cada conjunto de filtros para separar los medidores de potencia. NOTA: Estos medidores de potencia se utilizan para controlar el acoplamiento óptico al chip y también pueden ser utilizados para determinar si los láseres de bombeo están quedando en resonancia. </li><li> Conectar la salida óptica individuales de cada conjunto de filtros a base de fibra a un solo detector de fotones (SPD) y conectar ambas salidas de señales eléctricas procedentes de los SPD a un correlador coincidencia. </li><li> Cruzar un par de sondas de tungsteno y fijar la punta hacia abajo en una de las patas en espiral (~ 1 mm de longitud) de la MZI. </li><li> Conectar una fuente de alimentación a las dos sondas cruzados de tal manera que generan calor cuando se aplica voltaje. Esto actuará como el desfasador para tMZI él. NOTA: Véase la discusión para una descripción del método más estandarizado para la sintonización térmica de los dispositivos fotónicos. </li></ol> 4. La medición de interferencia de dos fotones <ol><li> Tune tanto de los láseres de bombeo a las longitudes de onda elegidas. Utilice los medidores de potencia que están supervisando los fotones de bombeo rechazados para asegurar que ambos láseres están sintonizados con las resonancias. Cuando los láseres están correctamente ajustados para las resonancias deseados, se maximizará la señal desechado para los filtros. </li><li> Ajuste la salida de potencia óptica de cada láser a -3 dBm. NOTA: Esto resultará en &lt;100 mW en el chip. Es importante mantener la potencia de la bomba esta baja con el fin de minimizar la pérdida (de absorción multi-fotón y libre de portador de absorción) y mantener la estabilidad (por minimizar los cambios térmicos inducidos por la luz). uniones PN se pueden usar para eliminar los portadores de la guía de ondas para acomodar mejor más altas potencias de bombeo. </li><li> Monitorizar los recuentos de coincidencia (Sincronizaciónnous individuales a través de dos puertos) mediante la integración de más de ~ 220 ps sobre el pico de los datos. Un tiempo de integración suficiente ha pasado cuando un mínimo de 100 recuentos de coincidencia se han recogido. Nota: La ventana de integración debe ser lo suficientemente amplia para tener en cuenta la fluctuación temporal del SPD. </li><li> Establecer la fuente de alimentación para el desfasador a la tensión inicial (por ejemplo, 0 V). </li><li> Explorar uno de los láseres sintonizables en toda la gama de longitud de onda y el uso de los medidores de potencia que están recogiendo los fotones de bombeo rechazados para confirmar la ubicación de las resonancias de interés. Establecer los láseres de bombeo a las longitudes de onda correspondientes a las resonancias deseados. Nota: Es importante realizar este paso cada vez que la tensión de desplazamiento de fase se cambia como la sintonización térmica puede dar lugar a pequeños cambios en las longitudes de onda resonantes. </li><li> Recoger los datos resultantes (recuento de fotón único, así como los recuentos de coincidencia) desde el correlador coincidencia para el elegido previamentetiempo de integración. Aquí, un tiempo de integración de 90 s fue elegido con una resolución de tiempo de 32 ps. </li><li> Aumentar la tensión aplicada al desfasador por 5 mV. </li><li> Repetir los pasos 4.4 a 4.6 hasta que los datos se han recogido para el intervalo deseado de tensiones. NOTA: La tensión máxima se limita a 2,4 V debido a la rápida degradación de las sondas por encima de este voltaje. </li><li> Incorporar los picos de coincidencia para cada tensión de alimentación sobre ~ 220 ps para determinar el número total de coincidencias (Figura 4). </li><li> Integrar más de 320 ns de distancia desde el pico de coincidencia para obtener las coincidencias accidentales. Utilice este resultado para calcular el número de alteraciones en el pico de coincidencia. </li><li> Montar los individuales recuentos de cada detector con la siguiente función sinusoidal modificada: <img alt="ecuación 7" src="/files/ftp_upload/55257/55257eq7.jpg" /> donde A, B, C, D, E, y F son los parámetros de ajuste. Este ajuste es necesario debido a la no lineal RELACIÓNIP entre el voltaje y el cambio térmica inducida (fase relativa). </li><li> Convertir la variable independiente a la fase relativa de los tres conjuntos de datos (los sencillos cuenta desde cada detector y los recuentos de coincidencia) con la siguiente ecuación: <img alt="ecuación 8" src="/files/ftp_upload/55257/55257eq8.jpg" /> donde B, C, D, y E son los parámetros de ajuste de la etapa 4.11. Esta conversión es posible debido a la conocida función de transferencia sinusoidal de un MZI 12. </li><li> Ajustar los datos de coincidencia (con la fase relativa como la variable independiente) con la siguiente función seno: <img alt="ecuación 9" src="/files/ftp_upload/55257/55257eq9.jpg" /> donde A y B son los parámetros de ajuste. </li><li> Calcular la visibilidad de cada patrón de interferencia con la siguiente ecuación: <img alt="La ecuación 10" src="/files/ftp_upload/55257/55257eq10.jpg" /> donde ƒ (θ) max y ƒ ( <em&gt; θ) min son los valores máximo y mínimo de ƒ (θ), respectivamente. A visibilidad de 1 corresponde a un patrón de interferencia perfecto. </li></ol>

<ol><li>Silverstone, J. W., et al. <a target="_blank" href="http://www.nature.com/nphoton/journal/v8/n2/full/nphoton.2013.339.html">On-chip quantum interference between silicon photon-pair sources.</a> Nat. Photon. 8 (2), 104-108 (2014).</li>
<li>Harris, N. C., et al. <a target="_blank" href="http://journals.aps.org/prx/abstract/10.1103/PhysRevX.4.041047">Integrated Source of Spectrally Filtered Correlated Photons for Large-Scale Quantum Photonic Systems.</a> Phys. Rev. X. 041047, 1-10 (2014).</li>
<li>Grassani, D., et al. <a target="_blank" href="https://www.osapublishing.org/optica/abstract.cfm?uri=optica-2-2-88">Micrometer-scale integrated silicon source of time-energy entangled photons.</a> Optica. 2 (2), 88(2015).</li>
<li>Najafi, F., et al. Scalable Integration of Single-Photon Detectors. Nat. Commun. 6, 1-8 (2015).</li>
<li>Dutt, A., et al. <a target="_blank" href="http://journals.aps.org/prapplied/abstract/10.1103/PhysRevApplied.3.044005">On-Chip Optical Squeezing.</a> Phys. Rev. Appl. 3 (4), 1-7 (2015).</li>
<li>Azzini, S., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Ultra-low+power+generation+of+twin+photons+in+a+compact+silicon+ring+resonator%5BTitle%5D)+AND+%22Opt.+Express%22%5BJournal%5D)">Ultra-low power generation of twin photons in a compact silicon ring resonator.</a> Opt. Express. 20 (21), 23100-23107 (2012).</li>
<li>Clemmen, S., et al. <a target="_blank" href="https://www.osapublishing.org/oe/abstract.cfm?uri=oe-17-19-16558">Continuous wave photon pair generation in silicon-on-insulator waveguides and ring resonators erratum.</a> Opt. Express. 17 (19), 16558(2009).</li>
<li>Engin, E., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Photon+pair+generation+in+a+silicon+micro-ring+resonator+with+reverse+bias+enhancement%5BTitle%5D)+AND+%22Opt.+Express%22%5BJournal%5D)">Photon pair generation in a silicon micro-ring resonator with reverse bias enhancement.</a> Opt. Express. 21 (23), 27826-27834 (2013).</li>
<li>Steidle, J. a, et al. <a target="_blank" href="http://proceedings.spiedigitallibrary.org/proceeding.aspx?articleid=2299737">High spectral purity silicon ring resonator photon-pair source.</a> Proc. of SPIE. 9500, 950015(2015).</li>
<li>Preble, S. F., et al. <a target="_blank" href="http://journals.aps.org/prapplied/abstract/10.1103/PhysRevApplied.4.021001">On-Chip Quantum Interference from a Single Silicon Ring-Resonator Source.</a> Phys. Rev. Appl. 4, 021001(2015).</li>
<li>Cao, L., Aboketaf, A. A., Preble, S. F. <a target="_blank" href="http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0030401813004604">CMOS compatible micro-oven heater for efficient thermal control of silicon photonic devices.</a> Opt. Commun. 305, 66-70 (2013).</li>
<li>Chrostowski, L., Hochberg, M. <a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=author%3aChrostowski%2C+L+%22Silicon+Photonics+Design%22">Silicon Photonics Design</a>. , Cambridge University Press. Section 4.3 (2013).</li>
</ol>

No tenemos nada que revelar.

Hay varios desafíos para el campo de la fotónica integrados superar a fin de que los sistemas complejos y escalables de dispositivos fotónicos a ser factible. Estos incluyen, pero no se limitan a: estrechas tolerancias de fabricación, aislamiento a partir de inestabilidades ambientales, y la minimización de todas las formas de pérdida. Hay pasos críticos en el protocolo anterior que ayudan a minimizar la pérdida de dispositivos fotónicos. Uno de los requisitos más importantes en minimizar la...

El silicio se muestra una gran promesa como una plataforma fotónica para el procesamiento de información cuántica 1, 2, 3, 4, 5. Uno de los componentes vitales de circuitos fotónicos cuánticos es la fuente de fotones. Fuentes de fotones de par se han desarrollado a partir de silicio en forma de resonadores de micro anillo realizado a través de un proceso no lineal de tercer orden, espontánea de cuatro ondas de mezcla (SFWM) 6, 7, 8. Estas fuentes son capaces de producir pares de fotones indistinguibles, que son ideales para experimentos que implican el entrelazamiento de fotones 9. Es importante tener en cuenta que el anillo de fuentes de resonador pueden operar tanto con las agujas del reloj y la propagación en sentido antihorario, y los dos direcciones de propagación diferentes son genreunir independientes entre sí. Esto permite que un solo anillo funcione como dos fuentes. Cuando ópticamente bombeado desde ambas direcciones, estas fuentes generan el siguiente estado entrelazado: <img alt="ecuación 1" src="/files/ftp_upload/55257/55257eq1.jpg" /> dónde <img alt="La ecuación 2" src="/files/ftp_upload/55257/55257eq2.jpg" /> y <img alt="La ecuación 3" src="/files/ftp_upload/55257/55257eq3.jpg" /> son los operadores de creación independientes para bi-fotones clockwise- y en sentido contrario, se propagan, respectivamente. Esta es una forma muy deseable de estado entrelazado conocido como un estado N00N (N = 2) 10. Pasando este estado a través de un Mach-Zehnder on-chip (MZI) resulta en el estado: <img alt="La ecuación 4" src="/files/ftp_upload/55257/55257eq4.jpg" /> Este estado oscila entre la máxima coincidencia y cero coincidencia en dos vecesla frecuencia de interferencia clásica en un MZI, doblando efectivamente la sensibilidad del interferómetro 10. A continuación, presentamos el procedimiento utilizado para probar una fuente de fotones integrada tal y dispositivo MZI.

<table><tbody><tr><td>Platina de flexión NanoMax de 3 ejes</td><td>Thorlabs</td><td>MAX312D</td><td>Precision Etapas de 3 ejes</td></tr><tr><td>Herramienta de pelado de fibra de tres orificios</td><td>Herramienta de extracción de búfer</td><td>Thorlabs</td><td>FTS4</td></tr><tr><td>Controlador piezoeléctrico de tres canales</td><td>Thorlabs</td><td>MDT693B</td><td>Controladores piezoeléctricos para etapas NanoMax</td></tr><tr><td>Controlador de polarización de fibra Thorlabs</td><td></td><td>FPC562</td><td>Polarización basada en fibra de 3 paletas controlador</td></tr><tr><td>cortadora</td><td>de fibra Thorlabs</td><td>XL411</td><td>Cuchilla</td></tr><tr><td>de fibra Soporte de fibra con ranura en V estándar</td><td>Thorlabs</td><td>HFV001</td><td>Soporte de fibra con ranura</td></tr><tr><td>en V estándar Thorlabs</td><td></td><td>HFV002</td><td>Montaje cónico con ranura en V</td></tr><tr><td>Placa superior en ángulo recto para NanoMax Stage</td><td>Thorlabs</td><td>AMA011</td><td>soporte de ángulo</td></tr><tr><td>recto 50:50 Fibra óptica Acoplador</td><td>Thorlabs</td><td>TW1550R5F1</td><td>50/50</td></tr><tr><td>combinador Empalmadora de fusión de fibra óptica</td><td>Fujikura</td><td>FSM-40S</td><td>Empalmadora de fusión</td></tr><tr><td>Sistema de pulido MultiPrep - 8"</td><td>Allied High Tech</td><td>15-2100</td><td>Pulidora de virutas</td></tr><tr><td>GreenLube Allied</td><td>High Tech</td><td>90-209010</td><td>Lubricante de pulido</td></tr><tr><td>Paleta de sección transversal con borde de referencia</td><td>Allied High Tech</td><td>15-1010-RE</td><td>Montaje de pulido</td></tr><tr><td>Sistema de medición de ondas de luz</td><td>Keysight</td><td>8164B</td><td>Mainframe para láser sintonizable</td></tr><tr><td>Fuente láser sintonizable</td><td>Keysight</td><td>81606A</td> Sensor de potencia óptica láser <td>sintonizable</td></tr><tr><td></td><td>Keysight</td><td>81634B</td><td>Medidor de potencia</td></tr><tr><td>NIR Detector de fotón único ID</td><td>Quantique</td><td>ID210</td><td>Detectores de</td></tr> <tr><td>fotón únicoDetector de fotón único NIR</td><td>ID Quantique</td><td>ID230</td><td>Detectores de fotón único de bajo ruido y funcionamiento libre</td></tr><tr><td>PicoHarp</td><td>PicoQuant</td><td>PicoHarp 300</td><td>Conteo de fotón único correlacionado en el tiempo</td></tr><tr><td>Cámara WiDy SWIR InGaAs Cámara</td><td>NIT</td><td>640U-S</td><td>IR</td></tr><tr><td>WDM Filtro de paso de banda</td><td>JDS Unifásico</td><td>30055053-368-2.2 Filtros de</td><td>limpieza de bomba</td></tr><tr><td>WDM Filtro</td> <td>de paso de banda WDMFiltros de rechazo de bomba JDS Uniphase</td><td>1011787-012</td><td></td></tr><tr><td>Fibra de apertura numérica ultra alta</td><td>Nufern</td><td>UHNA-7</td><td></td></tr><tr><td>fibra ultra óptica monomodo</td><td>Corning</td><td>SMF-28</td><td>fibra monomodo estándar</td></tr></tbody></table>

la medición de interferencia cuántica en una fuente de silicio resonador de anillo de fotones

Measurement of Quantum Interference in a Silicon Ring Resonator Photon Source

Chips fotónicos de silicio tienen el potencial para realizar circuitos cuánticos integrados complejos de procesamiento de información, incluyendo fuentes de fotones, la manipulación qubit, y detectores de fotón único integrados. A continuación, presentamos los aspectos clave de la preparación y prueba de un chip cuántico fotónico de silicio con una fuente de fotones integrada y interferómetro de dos fotones. El aspecto más importante de un circuito cuántico integrado se minimiza la pérdida de modo que todos los fotones generados son detectados con la mayor fidelidad posible. A continuación, describimos cómo realizar el acoplamiento de borde de baja pérdida mediante el uso de un ultra-alta en fibra apertura numérica para asemejarse a la modalidad de las guías de ondas de silicio. Mediante el uso de una receta de empalme de fusión optimizado, la fibra uhna está perfectamente interconectado con una fibra monomodo estándar. Este acoplamiento de baja pérdida permite la medición de la producción de fotones de alta fidelidad en un resonador de anillo de silicio integrado y la posterior interferencia de dos fotones de la p producidohotons en un interferómetro de Mach-Zehnder estrechamente integrado. Este documento describe los procedimientos esenciales para la preparación y caracterización de alto rendimiento y circuitos fotónicos cuánticos de silicio escalables.

recuentos de fotones individuales de cada detector, así como los recuentos de coincidencia, se recogieron como la fase relativa entre los dos caminos estaba sintonizada. Los recuentos individuales (figura 5A) muestran el patrón de interferencia clásica de un MZI con visibilidades de 94,5 ± 1,6% y 94,9 ± 0,9%. Las mediciones de coincidencia (Figura 5B) muestran la interferencia cuántica del estado entrelazado, como es evidente por la oscilación al doble d...

Chips fotónicos de silicio tienen la posibilidad de realizar sistemas cuánticos complejos integrados. Se presenta aquí un método para preparar y probar un chip fotónico de silicio para mediciones cuántica.

La medición de interferencia cuántica en una fuente de silicio resonador de anillo de fotones

Silicon photonic chips have the potential to realize complex integrated quantum information processing circuits, including photon sources, qubit ...

El objetivo general de este procedimiento es caracterizar una fuente de par de fotones fotónicos integrados mediante la medición de la interferencia cuántica. Este método puede ayudar a responder preguntas clave relacionadas con la fotónica cuántica integrada, incluida la forma de realizar fuentes a escala de chip de fotones correlacionados e integrarlos en circuitos fotónicos cuánticos integrados. La principal ventaja de esta técnica es que se puede aplicar a una amplia variedad de circuitos fotónicos cuánticos integrados.En el corazón del experimento se encuentra el chip fotónico. Este chip mide aproximadamente cinco milímetros de lado y se fabrica utilizando técnicas estándar. Esta imagen del chip revela sus componentes.Hay un circuito de bomba, que incluye la guía de onda de entrada, un resonador de anillo, en el que los fotones se propagarán tanto en el sentido de las agujas del reloj como en el sentido contrario a las agujas del reloj, y un interferómetro de Mach-Zehnder, que es seguido por guías de onda de salida. Los cables metálicos permiten el calentamiento en el chip, lo que resulta en un cambio de fase en el interferómetro. Para preparar el chip para su uso en el circuito, pulo con un pulidor de chips.Primero use el pulidor para nivelar la viruta y hacer que todas las facetas sean ortogonales. Pula la viruta con una almohadilla de lapeado de tres micras, en pasos de unas 50 micras, hasta que estén a unas 100 micras del final de las marcas de pulido. Después de cada 50 micras, inspeccione el chip para determinar la distancia restante.Cuando queden unas 100 micras, cambie a una almohadilla de lapeado de una micra. Continúe puliendo el chip y monitoreando el progreso. Cuando queden unas 20 micras, cambie a una almohadilla de 0,5 micras.Pula aún más la viruta, hasta que esté a menos de 15 micras del final de las marcas de pulido. A 15 micras, cambie la almohadilla de lapeado por una con una rugosidad de 0,1 micras. Use esta almohadilla para pulir el chip hasta que solo queden 10 micras de las marcas de pulido.El último paso de pulido, con una almohadilla de lapeado de 0,1 micras, garantiza una faceta lisa. Retire el chip antes de limpiarlo y guardarlo para su uso posterior. Reúna el equipo necesario para preparar las fibras ópticas.Esto incluye un separador de fibra, una cortadora de fibra, un empalmador de fusión y un horno de manga. Trabaje con los tres cables flexibles de fibra monomodo y aproximadamente 20 a 30 centímetros de fibra de apertura numérica ultra alta para cada uno. Para preparar un cable flexible, use el pelador de fibra para eliminar cualquier tampón o codificación de su extremo.Haga lo mismo con un extremo de la longitud de la fibra de apertura numérica ultra alta. Después de limpiar las fibras, use la cuchilla de fibra para prepararlas para el empalme por fusión. A continuación, mueva las fibras a la empalmadora.Coloque las fibras en su posición y alinee correctamente los extremos cortados. Introduzca los parámetros adecuados y realice el empalme. Cuando termine, retire las fibras empalmadas e inspecciónelo.Si el empalme es aceptable, deslice una funda protectora sobre el sitio del empalme. A continuación, coloque el empalme cubierto de manguito en el horno de manguito para asegurarlo permanentemente a la fibra. A continuación, produce tres fibras empalmadas para su uso en el experimento.El experimento se lleva a cabo en un banco óptico. En el banco hay tres etapas de traslación de tres ejes con controladores piezoeléctricos. Están colocados para permitir el acceso a las guías de onda del chip.Las etapas de traslación rodean el chip óptico que ya ha sido montado sobre un pedestal de cobre. El pedestal está en contacto con el enfriador termoeléctrico. Cada etapa de traducción tiene una de las fibras preparadas en una ranura en V y unida con cinta de poliimida.La región con el chip se puede ver usando un microscopio, que está equipado con cámaras visibles e infrarrojas. En este punto, las fibras se pueden conectar a los instrumentos del experimento. Conecte la entrada del chip a la salida óptica de una fuente láser sintonizable a través de un controlador de polarización.Conecte cada salida del chip a un medidor de potencia óptica. Ahora, ajuste la posición del microscopio para trabajar con el chip. Enfoque el microscopio donde las guías de onda alcanzan el borde del chip y utilice las etapas de traslación para colocar las fibras cerca del borde del chip.Lleve las fibras a la vista de la cámara visible y ajuste sus alturas, de modo que el núcleo de cada fibra esté enfocado. Antes de continuar, asegúrese de que la posición horizontal de cada fibra se alinee con su guía de onda. Encienda la salida óptica del láser y ajuste la posición de la fibra de entrada hasta que la luz se acople a la guía de onda.En la cámara infrarroja, esto aparecerá como dispersión a lo largo de la guía de onda de entrada. A continuación, ajuste la longitud de onda del láser para que el resonador de microanillo se ilumine en la cámara infrarroja. Esto indica que se ha cumplido la condición de resonancia.Continúe manipulando las posiciones de la fibra con los micrómetros, para maximizar la potencia de salida medida por los medidores de potencia. Ajuste con precisión las posiciones de las fibras y acerque cada fibra un poco más al chip, utilizando los controladores de etapa piezoeléctrica. Itere entre el ajuste fino de todos los acoplamientos de fibra y el acercamiento de todas las fibras al chip.El objetivo es que las fibras se presionen firmemente contra los lados del chip, con la potencia medida maximizada. El siguiente paso es caracterizar la dispersión. Comience la caracterización ajustando el controlador de polarización para maximizar la lectura de potencia en los medidores de potencia.Ahora, escanee el láser sintonizable en el rango de longitud de onda de interés para encontrar el espectro de transmisión. Extraiga el ancho de banda de cada resonancia y utilice la información para encontrar los índices de grupo y las incertidumbres correspondientes. A continuación, identifique las longitudes de onda de los dos láseres de bombeo encontrando dos resonancias que tengan un número impar de resonancias entre ellas.El conocimiento de estas longitudes de onda permite la determinación de la longitud de onda bifotónica. Para probar si estas tres longitudes de onda son consistentes con la mezcla espontánea de cuatro ondas, trace el índice de grupo frente a la longitud de onda. En este caso, los puntos azules son los índices del grupo.El sombreado rojo corresponde a la incertidumbre de los índices de grupo, como resultado del ancho de banda de cada resonancia. La línea horizontal verde se extiende entre las longitudes de onda del láser de la bomba candidata. Dado que la línea está completamente dentro de la región sombreada, la bomba y las longitudes de onda bifotónicas se pueden usar para el experimento.Una vez que se hayan determinado las longitudes de onda de la sonda, cree la configuración final del experimento. Tiene dos fuentes láser sintonizables, una para cada una de las longitudes de onda del láser de la bomba. Cada una de las salidas láser va a controladores de polarización separados.A partir de ahí, las dos salidas láser se combinan en un combinador de fibra. Al lado hay una serie de filtros de muesca a base de fibra. Estos filtros permiten el paso de las longitudes de onda de la bomba, pero logran aproximadamente 120 decibelios de atenuación de la longitud de onda bifotónica.La salida de este filtro entra en el chip fotónico. En cada salida, después del chip, hay una serie de filtros de paso de banda. Estos filtros atenúan las longitudes de onda de la bomba en unos 150 decibelios, pero pasan las longitudes de onda bifotónicas.Los fotones rechazados de cada conjunto de filtros se envían a un medidor de potencia dedicado. La salida de cada uno de los filtros basados en fibra va a un detector de fotón único dedicado. Cada uno de los detectores de fotones individuales proporciona entrada a un correlacionador de coincidencia.El desfasador para el interferómetro Mach-Zehnder es un calentador resistivo en chip. Conecte un controlador de corriente controlado por computadora a las almohadillas de contacto del chip para generar calor cuando se establece el voltaje. Para dos mediciones de interferencia de fotones, comience con los láseres de bombeo en las longitudes de onda elegidas.Supervise los medidores de potencia para asegurarse de que cada láser esté ajustado a su resonancia y que la potencia se maximice. A continuación, supervise los recuentos de coincidencias en el correlacionador. Como se indica en esta figura, encuentre el pico de los datos e intégrelos en una ventana de aproximadamente 220 picosegundos, centrados en ellos.Realice un seguimiento de los recuentos de coincidencias hasta que haya un total de al menos 100. Esto indica que ha pasado un tiempo de integración suficiente. Ahora, diríjase a la computadora para configurar el control de voltaje para el desfasador a cero voltios.Una vez que se establece el cambio de fase, vaya a uno de los láseres sintonizables y escanee todo el rango de longitud de onda. Utilice los medidores de potencia para los fotones de la bomba rechazados para identificar la ubicación de las resonancias previamente seleccionadas que pueden haberse desviado. Ajuste los láseres de la bomba para que coincidan con las resonancias elegidas previamente.Es importante seguir las resonancias elegidas a lo largo del tiempo, en lugar de las longitudes de onda. se calienta, el anillo también se calienta, pero de manera mucho menos eficiente. Esto cambia las resonancias a longitudes de onda más largas.Recopile los datos resultantes del correlacionador de tiempo utilizando el tiempo de integración elegido previamente. Esto incluye el número de fotones contados por cada detector en los recuentos de coincidencia. Después de recopilar los datos, ajuste el control de voltaje del desfasador e incremente en cinco milivoltios.Repita el escaneo del láser y la recopilación de datos de conteo hasta que se cubra el rango deseado de voltajes. Estos patrones clásicos de interferencia de luz se obtuvieron utilizando la configuración de prueba mediante la recopilación de recuentos de fotones individuales en función de la fase relativa entre los dos caminos. Además de los datos medidos, representados por círculos y diamantes, las líneas continuas se ajustan a los datos.Los números representan la visibilidad calculada. Las mediciones de correlación de coincidencia muestran la interferencia cuántica de los fotones entrelazados. Tenga en cuenta que la oscilación es el doble de la frecuencia del patrón clásico.La curva naranja proviene de una prueba de origen de fotones que requiere que se generen fotones entrelazados en una longitud de onda no soportada por el anillo. Demuestra que las coincidencias se deben a fotones generados en el anillo. Estos datos provienen de seis experimentos en los que los pares de resonancia son simétricos en frecuencia, alrededor de la residencia bifotónica deseada.Cada conjunto de datos muestra un período de la mitad del de la fase relativa. Una vez dominada, esta técnica se puede realizar en 10 a 15 horas, si se realiza correctamente. El tiempo total está determinado principalmente por la resolución del incremento de voltaje del desfasador y el tiempo de integración asociado de cada medición de coincidencia bifotónica.Al intentar este procedimiento, es importante recordar que debe tomarse su tiempo mientras optimiza los acoplamientos del chip. Si no se hace correctamente, es posible que las fibras no sean estables durante las mediciones. Después de ver este video, debería tener una buena comprensión de cómo preparar y probar fuentes de fotones fotónicos integrados.

measurement-quantum-interference-silicon-ring-resonator-photon

Research

Investigación

JoVE Journal

Engineering

Ingeniería

Se describe la utilización de una técnica de dióxido de carbono reflujo láser para fabricar cavidades resonantes de sílice, incluyendo independiente microesferas y microtoroids en el chip. El método de reflujo elimina imperfecciones de la superficie, permitiendo largos tiempos de vida de fotones dentro de ambos dispositivos. Los dispositivos resultantes tienen factores de ultra alta calidad, permitiendo a las aplicaciones que van desde las telecomunicaciones a biodetección.

La fabricación de sílice de alta calidad Ultra microresonators Factor

Se presentan las técnicas personalizadas desarrolladas en nuestro laboratorio para construir sistemas de la fotónica de microondas basado en ultra-altas galería de los suspiros resonadores modo Q. Los protocolos para la obtención y caracterización de estos resonadores se detallan, y se da una explicación de algunas de sus aplicaciones en fotónica de microondas.

Microondas Fotónica sistemas basados ​​en resonadores-gallery-mode Whispering

Una técnica de interferómetro de referencia, que está diseñado para eliminar el ruido de fluctuación de fase láser indeseable para nanodetection, se utiliza para sondear un factor microcavidad de ultra-alta calidad. Instrucciones para el ensamblaje, la instalación y adquisición de datos se proporcionan, junto con el proceso de medida para especificar el factor de calidad de la cavidad.

Implementación de un interferómetro de referencia para Nanodetection

Se describe la generación confiable de estados no gaussiana de viajar campos ópticos, incluidos los estados de fotón único y superposiciones estatales coherentes, utilizando un método de preparación condicional empleados en la luz no clásica emitida por osciladores paramétricos ópticos. Osciladores emparejados eliminación de tipo I y de tipo II son considerados y procedimientos comunes, como el filtrado de frecuencia requerida o la alta eficiencia caracterización estado cuántico por...

Ingeniería de la Luz con la onda continua Optical Parametric Oscillators Estado Quantum

Recientemente se han demostrado experimentalmente excitaciones optomecánicas paramétricas en resonadores optomecánicos microfluídicos mediante presión de radiación óptica y dispersión de Brillouin estimulada. Este artículo describe la fabricación de estos resonadores microfluídicos junto con metodologías para generar y verificar oscilaciones optomecánicas.

Fabricación y Pruebas de microfluidos optomecánicos Osciladores

Se discute el proceso de fabricación y las técnicas experimentales de caracterización relevantes para las bombas de un solo electrón basadas en puntos cuánticos semiconductores de óxido metálico de silicio.

De silicio metal-óxido-semiconductor Quantum Dots para Bombeo solo electrón

El manuscrito describe un método de espectroscopía de fluorescencia cuasi-resonante asistida por fonones que incorpora tanto la espectroscopia de resolución limitada por láser como la espectroscopia de fotoluminiscencia (PL). Este método utiliza fonones ópticos para proporcionar espectros de resolución limitada por ancho de línea de estructuras semiconductoras similares a átomos en el dominio de la energía. El método también se realiza fácilmente con una configuración de espectroscopia óptica...

De alta resonancia cuasi-asistida Phonon Resolución espectroscopia de fluorescencia

Se presenta un protocolo para la generación de práctica y manipulación coherente de Estados de fotones de frecuencia multidimensional-bin enredado con cavidades de micro integradas y componentes de telecomunicaciones estándar, respectivamente.

Generación y Control coherente de peines de frecuencia pulsada Quantum

Describimos un sistema óptico para la generación de fotones enredados con polarización incondicional basado en múltiples efectos de interferencia cuántica con un esquema de detección para estimar la fidelidad experimental de los fotones enredados generados.

Un sistema fotónico para generar fotones enredados de polarización incondicional basados en interferencias cuánticas múltiples

Aquí, presentamos un protocolo para generar cristales de solitón en un resonador de microanillos empaquetado en mariposas utilizando un método sintonizado térmicamente. Además, las fluctuaciones de la tasa de repetición de un cristal de solitario con una sola vacante se miden utilizando un método autoheterodino retardado.

Medición rápida de la fluctuación de la tasa de repetición de cristales de solitón en un microrresonador

Este artículo rastrea el ciclo de vida de un resonador de membrana de nitruro de silicio, desde el diseño hasta la caracterización hasta la fabricación y la fabricación.

Fabricación y caracterización de resonadores de membrana de nitruro de silicio de alta calidad

Aprende a caracterizar fuentes de pares de fotones en circuitos fotónicos integrados de silicio mediante mediciones de interferencia cuántica. Este método avanza el desarrollo de sistemas cuánticos compactos.

La medición de interferencia cuántica en una fuente de silicio resonador de anillo de fotones

Explorar más videos