Name: מדידה של Quantum הפרעות מקור פוטון מהוד טבעת הסיליקון (וידאו) | JoVE Journal
Uploaded: 2017-04-04T10:30:00.000+00:00
Duration: 12 min 19 s
Description: למד איך לבצע אופטימיזציה של מקורות פוטון זוגיים משולבים באמצעות מדידות הפרעה קוונטית בצ'יפי סיליקון פוטוניים. שיטה זו מאפשרת אינטגרציה של מקורות פוטונים מתואמים במעגלים קוונטיים מתקדמים.

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

playerTrialDesktop

עבודה זו בוצעה בחלקה במתקן המדע והטכנולוגיה ננו אוניברסיטת קורנל, חבר של רשת ננוטכנולוגיה התשתיות הלאומיות, אשר נתמך על ידי הקרן הלאומית למדע (גרנט ECCS-1,542,081). אנו מכירים תמיכה עבור עבודה זו ממעבדת המחקר של חיל האוויר (AFRL). חומר זה מבוסס על העבודה הנתמכת בחלקו על ידי הקרן הלאומית למדע תחת פרס המס ECCS14052481.

<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>

יש לנו מה למסור.

ישנם אתגרים מרובים עבור השדה של Photonics משולבת להתגבר כדי למערכות מורכבות, וניתן להרחבה של התקנים פוטוניים כדי להיות ריאלי. אלה כוללים, אך אינם מוגבלים ל: טולרנסים ייצור חזק, במנותק מן אי יציבות סביבתית, ומזעור כל הצורות של אובדן. ישנם צעדים קריטיים בפרוטוקול לעיל המסייעים למזער את ההפסד של התקנים פוטוניים. אחת הדרישות החיוניות ביותר מזעור הפסד מקרוב החליט להתאים את המצב האופטי של הסיבים בגלבו. חלק מהקושי נובע ...

הסיליקון הוא מראה הבטחה גדולה כפלטפורמה פוטוניקס לעיבוד אינפורמציה קוונטית 1, 2, 3, 4, 5. אחד המרכיבים החיוניים של מעגלי פוטוניים קוונטים הוא מקור הפוטון. מקורות פוטון-זוג פותחו מן סיליקון בצורת תהודת מייקרו-טבעת שנעשתה באמצעות תהליך ליניארית מסדר שלישי, ערבוב של ארבעת גלים ספונטני (SFWM) 6, 7, 8. מקורות אלה הם מסוגלים לייצר זוגות פוטונים נבדל, אשר הם אידיאליים עבור ניסויים מעורבים פוטון הסתבכות 9. חשוב לציין טבעת כי מקורות מהוד יכול לפעול הן עם כיוון השעון ועל התפשטות נגד כיוון השעון, ואת שני כיוונים התפשטות שונים הם גניםעצרת עצמאית זו מזו. זה מאפשר צלצול יחיד לתפקד כשני מקורות. כאשר שאוב אופטי משני הכיוונים, מקורות אלה יוצרים המדינה הסתבכה הבאה: <img alt="משוואה 1" src="/files/ftp_upload/55257/55257eq1.jpg" /> איפה <img alt="משוואה 2" src="/files/ftp_upload/55257/55257eq2.jpg" /> ו <img alt="משוואה 3" src="/files/ftp_upload/55257/55257eq3.jpg" /> הם מפעילי יצירה העצמאיים עבור clockwise- ו נגד-הפצה דו-פוטונים, בהתאמה. זוהי צורה מאוד רצויה של מדינה מסובכת ידועה כמדינת N00N (N = 2) 10. עובר למצב זה באמצעות אינטרפרומטר על-שבב מאך-זנדר (MZI) התוצאה היא מדינה: <img alt="משוואה 4" src="/files/ftp_upload/55257/55257eq4.jpg" /> מצב זה נע בין מקרה מקסימלית מקרה אפס בבית פעמיםתדירות הפרעות קלאסית בבית MZI, להכפיל את הרגישות ביעילות של אינטרפרומטר 10. כאן, אנו מציגים את ההליך משמש לבדיקה כגון מקור פוטון משולב מכשיר MZI.

<table><tbody><tr><td>3 צירים NanoMax Flexure Stage</td><td>Thorlabs</td><td>MAX312D</td><td>דיוק 3 צירים שלבים</td></tr><tr><td>כלי הפשטת סיבים תלת-חורים</td><td>Thorlabs</td><td>FTS4</td><td>כלי הפשטת מאגר</td>שלושה</tr><tr><td>ערוצים בקר Piezo תלת ערוצים</td><td>בקרי Thorlabs</td><td>MDT693B</td><td>Piezo עבור שלבי NanoMax</td></tr><tr><td>בקר קיטוב סיבים</td><td>Thorlabs</td><td>FPC562</td><td>קיטוב מבוסס סיבים עם 3 משוטים בקר</td></tr><tr><td>קליבר סיבים</td><td>Thorlabs</td><td>XL411</td><td>קליבר סיבים</td></tr><tr><td>סטנדרטי V-Groove מחזיק סיבים</td><td>Thorlabs</td><td>HFV001</td><td>תושבת V-חריץ סטנדרטית</td></tr><tr><td>מחזיק סיבי V-Groove מחודד</td><td>Thorlabs</td><td>HFV002</td><td>מחודד V-חריץ תושבת</td></tr><tr><td>צלחת עליונה בזווית ישרה עבור NanoMax Stage</td><td>Thorlabs</td><td>AMA011</td><td>סוגר זווית ישרה</td></tr><tr><td>50:50 סיבים אופטיים מצמד</td><td>Thorlabs</td><td>TW1550R5F1</td><td>50/50 קומבינר</td></tr><tr><td>סיבים אופטיים היתוך Splicer</td><td>Fujikura</td><td>FSM-40S</td><td>Fusion Splicer</td></tr><tr><td>MultiPrep Polishing System - 8 "</td><td>Allied High Tech</td><td>15-2100</td><td>מלטש שבבים</td></tr><tr><td>GreenLube</td><td>Allied High Tech</td><td>90-209010</td><td>ליטוש חומר סיכה</td></tr><tr><td>חתך משוט עם Reference Edge</td><td>Allied High Tech</td><td>15-1010-RE</td><td>ליטוש הר</td></tr><tr><td>Lightwave מדידת מערכת</td><td>Keysight</td><td>8164B</td><td>Mainframe לכוונון</td></tr><tr><td>לייזר מתכוונן מקור לייזר</td><td>Keysight</td><td>81606A</td><td>חיישן כוח אופטי לייזר מתכוונן</td></tr><tr><td></td><td>Keysight</td><td>81634B</td><td>מד כוח</td></tr><tr><td>NIR גלאי פוטון יחיד</td><td>מזהה Quantique</td><td>ID210</td><td>גלאי</td></tr> <tr><td>פוטון יחידגלאי פוטון יחיד NIR</td><td>מזהה Quantique</td><td>ID230</td><td>רעש נמוך, גלאי פוטון בודד בהפעלה חופשית</td></tr><tr><td>PicoHarp</td><td>PicoQuant</td><td>PicoHarp 300</td><td>ספירת פוטונים בודדים בקורלציה בזמן</td></tr><tr><td>WiDy SWIR InGaAs מצלמה</td><td>NIT</td><td>640U-S</td><td>IR מסנן</td></tr><tr><td>WDM Bandpass מסנן</td><td>JDS חד פאזי</td><td>30055053-368-2.2</td><td>מסנני ניקוי משאבה</td></tr><tr><td>WDM Bandpass מסנן</td><td>JDS חד פאזי</td><td>1011787-012</td><td>מסנני דחיית משאבה</td></tr> סיב <tr><td>צמצם מספרי גבוה במיוחד</td><td>Nufern</td><td>UHNA-7</td><td>סיב אינדקס גבוה</td></tr><tr><td>אולטרה אופטי סיבים במצב יחיד</td><td>קורנינג</td><td>SMF-28</td><td>סיבים במצב יחיד</td></tr></tbody></table> סטנדרטי

מדידה של quantum הפרעות מקור פוטון מהוד טבעת הסיליקון

Measurement of Quantum Interference in a Silicon Ring Resonator Photon Source

שבבי סיליקון פוטוניים יש את הפוטנציאל לממש מורכבים מעגלי עיבוד מידע קוונטי משולב, כולל מקורות פוטון, מניפולציה קיוביט, וכן גלאי פוטון יחיד משולבת. כאן, אנו מציגים את ההיבטים המרכזיים של הכנה ובדיקת שבב קוונטי סיליקון פוטוניים עם מקור פוטון משולב אינטרפרומטר שני פוטונים. ההיבט החשוב ביותר של מעגל קוונטים משולב הוא מזעור הפסד כך שכל הפוטונים שנוצרו מזוהים עם הנאמנות הגבוהה ביותר האפשרית. כאן, אנו מתארים כיצד לבצע צימוד קצה הפסד נמוך באמצעות סיבי צמצם מספריים גבוהים במיוחד מקרוב כדי להתאים את המצב של בגלבו סיליקון. באמצעות מתכון שחבור היתוך אופטימיזציה, סיבי UHNA הוא מתממשקת בצורה חלקה עם סיב יחיד במצב רגיל. צימוד הפסד נמוך זה מאפשר מדידה של ייצור פוטון באיכות הגבוהה בתוך מהוד טבעת סיליקון משולב ואת ההפרעה דו-פוטון העוקבת של p מיוצרhotons בתוך אינטרפרומטר מאך-זנדר משולבים באופן הדוק. מאמר זה מתאר את הליכי חיוני ההכנה והאפיון של ביצועים גבוהים ומעגלי פוטוניים קוונטים סיליקון להרחבה.

ספירת פוטון יחידה מכל גלאי, כמו גם את ספירת צירוף המקרים, נאספה כשלב היחסי בין שני הנתיבים היה מכוון. ספירת הבודדים (איור 5 א) להראות את תבנית התאבכות הקלסית מתוך MZI עם רמות של חשיפה של 94.5 ± 1.6% ו 94.9 ± 0.9%. מדידות צירוף המקרים (איור 5) להראות את הפרעת קוונטי המדינה הסתבכה, כפי שברור התנודה בבית פעמים התדירה של תבנית ההתאבכות הקלסית, עם חשיפה של 93.3 ± 2.0% (96.0 ± 2.1% עם accidentals מופחתים) . כדי לאשר כי ה...

שבבי סיליקון פוטוניים יש את הפוטנציאל לממש מערכות קוונטיות משולבים מורכבים. אנו מציגים כאן שיטה להכנת ובדיקת שבב סיליקון פוטוניים למדידות הקוונטים.

מדידה של Quantum הפרעות מקור פוטון מהוד טבעת הסיליקון

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

המטרה הכוללת של הליך זה היא לאפיין מקור משולב של זוג פוטונים פוטוני באמצעות מדידת הפרעות קוונטיות. שיטה זו יכולה לעזור לענות על שאלות מפתח הקשורות לפוטוניקה קוונטית משולבת, כולל כיצד לממש מקורות בקנה מידה של שבב של פוטונים מתואמים ולשלב אותם במעגלים פוטוניים משולבים קוונטיים. היתרון העיקרי של טכניקה זו הוא שניתן ליישם אותה על מגוון רחב של מעגלים פוטוניים קוונטיים משולבים.בלב הניסוי נמצא השבב הפוטוני. שבב זה הוא כחמישה מילימטרים בצד, והוא מיוצר בטכניקות סטנדרטיות. תמונה זו של השבב חושפת את מרכיביו.יש מעגל משאבה, כולל מוביל גל הכניסה, מהוד טבעת, שבו פוטונים יתפשטו הן בכיוון השעון והן נגד כיוון השעון, ואינטרפרומטר מאך-זנדר, שאחריו מובילי גל פלט. מוליכי מתכת מאפשרים חימום על השבב, וכתוצאה מכך שינוי פאזה באינטרפרומטר. להכנת השבב לשימוש במעגל, יש ללטש בעזרת מלטש שבבים.ראשית השתמש במלטש כדי ליישר את השבב, ולהפוך את כל ההיבטים לאורתוגונליים. יש ללטש את השבב בעזרת כרית חיפוי של שלושה מיקרון, בשלבים של כ- 50 מיקרון, עד לטווח של כ -100 מיקרון מסוף סימני הליטוש. לאחר כל 50 מיקרון, בדוק את השבב כדי לקבוע את המרחק שנותר.כאשר נותרו כ-100 מיקרון, החלף לכרית חיפוי של מיקרון אחד. המשך ללטש את השבב ולעקוב אחר ההתקדמות. כאשר נותרו כ-20 מיקרון, החלף לפד של 0.5 מיקרון.יש ללטש את השבב עוד יותר, עד לטווח

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

Research

JoVE Journal

Engineering

הנדסה

אנו מתארים את השימוש בטכניקת לייזר פחמן דו חמצני reflow לייצר חללים סיליקה התהודה, כולל חופשית עומד microspheres ועל שבב microtoroids. שיטת reflow מסיר פגמים על פני השטח, מה שמאפשר חיים ארוכים פוטון בתוך המכשירים. המכשירים וכתוצאה מכך יש אולטרה גורמים באיכות גבוהה, מה שמאפשר יישומים החל התקשורת כדי biodetection.

ייצור של אולטרה סיליקה Microresonators באיכות גבוהה פקטור

את הטכניקות שפותחו במעבדה המותאמות אישית שלנו לבנות מערכות מיקרוגל פוטוניקה המבוססת על תהודה גלריות מצב Ultra-Q גבוהה לחישות מוצגות. הפרוטוקולים להשיג ולאפיין תהודה אלה מפורטים, והסבר של חלק מהיישומים שלהם במיקרוגל Photonics הוא נתון.

מיקרוגל Photonics מערכות המבוססות על מהודי לחישות-גלריה של מצב

טכניקת התייחסות אינטרפרומטר, שנועד להסיר רעש להתעצבן לייזר רצוי לnanodetection, הוא מנוצל לחיטוט microcavity גורם איכות גבוהה במיוחד. הוראות להרכבה, התקנה, ורכישת נתונים מסופקות, לצד תהליך המדידה לציון גורם איכות החלל.

יישום של אינטרפרומטר הפניה לNanodetection

אנו מתארים את הדור אמין של מדינות שאינן גאוס של נסיעה שדות אופטיים, כולל מדינות פוטון יחיד וsuperpositions המדינה קוהרנטי, תוך שימוש בשיטת הכנה מותנית פעלה באור שאינו קלאסי הנפלט על ידי מתנדים פרמטרים אופטיים. מתנדים בהתאמה שלב Type-I וסוג II נחשבים ונהלים משותפים, כגון סינון התדירות הנדרש או את אפיון מצב קוונטי יעילות גבוהה על ידי homodyning, מפורטים.

הנדסה הקוונטית מדינה של אור עם גל רציף מתנדים אופטיים פרמטרים

עירורים אופטו-מכניים פרמטריים הודגמו לאחרונה בניסוי בתהודה אופטומכנית מיקרופלואידית באמצעות לחץ קרינה אופטי ופיזור ברילואין מגורה. מאמר זה מתאר את הייצור של מהודים מיקרופלואידיים אלה יחד עם מתודולוגיות ליצירה ואימות של תנודות אופטומכניות.

ייצור ובדיקה של מתנדים optomechanical Microfluidic

תהליך הייצור וטכניקות האפיון הניסיוניות הרלוונטיות למשאבות אלקטרונים בודדות המבוססות על נקודות קוונטיות של מתכת-תחמוצת-מוליכים למחצה של סיליקון.

סיליקון מתכת-תחמוצת-מוליכים למחצה קוונטי נקודות לשאיבת חד אלקטרון

כתב היד מתאר שיטה של ספקטרוסקופיה פלואורסצנטית מעין-תהודה בעזרת פונון המשלבת הן רזולוציה מוגבלת בלייזר והן ספקטרוסקופיה פוטו-לומינסנציה (PL). שיטה זו משתמשת בפונונים אופטיים כדי לספק ספקטרום ברזולוציה מוגבלת ברוחב קו של מבנים מוליכים למחצה דמויי אטום בתחום האנרגיה. השיטה מתממשת בקלות גם עם מערך ספקטרוסקופיה אופטית של ספקטרומטר יחיד.

ספקטרוסקופיה פלואורסצנטי Quasi-תהודה רזולוציה גבוהה בסיוע Phonon

תהודת מיקרוגל מוליכים הם עניין לגילוי ואפיון חומרי יישומי מחשוב אור, קוונטים. עבודה זו מציגה נוהל מפורט ייצור ואפיון פרמטרי פיזור מהוד מיקרוגל מוליכים.

ייצור ואפיון של מהודי מוליכים

פרוטוקול מוצגים מעשי הדור ומניפולציה קוהרנטי של הברית פוטון בתדר גבוה-ממדי-bin מסובכת באמצעות מיקרו משולב-חללים ורכיבים תקשורת סטנדרטיים, בהתאמה.

דור ושליטה קוהרנטי של הקוונטים פעמו תדירות מסרקים

כאן, אנו מציגים פרוטוקול ליצירת גבישי סוליטון בתהודה מיקרו-טבעתית ארוזה פרפר בשיטה מכווננת תרמית. יתר על כן, תנודות שיעור החזרה של גביש סוליטון עם משרה פנויה אחת נמדדות בשיטת הטרודין עצמית מתעכבת.

מדידת תנודות קצב חזרה מהירה של גבישי סוליטון במיקרו-רזנטור

מאמר זה עוקב אחר מחזור החיים של מהוד ממברנת סיליקון ניטריד, מתכנון דרך ייצור ועד אפיון.

ייצור ואפיון של מהודי ממברנת סיליקון ניטריד High-Q

למד איך לבצע אופטימיזציה של מקורות פוטון זוגיים משולבים באמצעות מדידות הפרעה קוונטית בצ'יפי סיליקון פוטוניים. שיטה זו מאפשרת אינטגרציה של מקורות פוטונים מתואמים במעגלים קוונטיים מתקדמים.

מדידה של Quantum הפרעות מקור פוטון מהוד טבעת הסיליקון

גלה סרטונים נוספים