מדידה של Quantum הפרעות מקור פוטון מהוד טבעת הסיליקון

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 של 15 מיקרון מסוף סימני הליטוש. ב-15 מיקרון, החלף את כרית החיפוי לאחת עם חספוס של 0.1 מיקרון. השתמש בכרית זו כדי ללטש את השבב עד שיישארו רק 10 מיקרון מסימני הליטוש.

שלב הליטוש האחרון, עם כרית חיפוי של 0.1 מיקרון, מבטיח פן חלק. הסר את השבב לפני ניקויו ואחסונו לשימוש מאוחר יותר. אסוף את הציוד הדרוש להכנת הסיבים האופטיים.

זה כולל חשפנית סיבים, קליבר סיבים, ספליסר פיוז'ן ותנור שרוול. עבדו עם שלושת צמות הסיבים במצב יחיד, וכ-20 עד 30 סנטימטרים של סיבי צמצם מספריים גבוהים במיוחד לכל אחד. להכנת צמה אחת, השתמש במסיר הסיבים כדי להסיר כל חיץ או קידוד מהקצה שלו.

עשו את אותו הדבר עם קצה אחד של אורך סיב צמצם מספרי גבוה במיוחד. לאחר ניקוי הסיבים, השתמש בקליבר הסיבים כדי להכין אותם לשחבור היתוך. לאחר מכן, העבירו את הסיבים לספליסר.

שים את הסיבים במקומם, ויישר כראוי את הקצוות השסועים. הזן את הפרמטרים המתאימים ובצע את החיבור. בסיום, הסר את הסיבים המחוברים ובדוק אותם.

אם החיבור מקובל, החלק שרוול מגן מעל אתר החיבור. לאחר מכן הכנס את החיבור המכוסה בשרוול לתנור השרוול כדי להדק אותו לצמיתות לסיב. המשיכו לייצר שלושה סיבים מחוברים לשימוש בניסוי.

הניסוי מתקיים על ספסל אופטי. על הספסל שלושה שלבי תרגום תלת-צירים עם בקרי פייזו. הם ממוקמים כדי לאפשר גישה למדריכי גלי השבב.

שלבי התרגום מקיפים את השבב האופטי שכבר הותקן על כן נחושת. הכן נמצא במגע עם המצנן התרמו-אלקטרי. בכל שלב תרגום יש אחד מהסיבים המוכנים בחריץ V, ומחובר עם סרט פולימיד.

ניתן לראות את האזור עם השבב באמצעות מיקרוסקופ, המצויד במצלמות גלויות ואינפרא אדום כאחד. בשלב זה, ניתן לחבר את הסיבים למכשירי הניסוי. חבר את כניסת השבב לפלט האופטי של מקור לייזר מתכוונן באמצעות בקר קיטוב.

חבר כל פלט של השבב למד כוח אופטי. כעת, התאם את מיקום המיקרוסקופ לעבודה עם השבב. מקד את המיקרוסקופ במקום שבו מובילי הגל מגיעים לקצה השבב, והשתמש בשלבי התרגום כדי למקם את הסיבים ליד קצה השבב.

הביאו את הסיבים לעין המצלמה הנראית לעין, והתאימו את גובהם, כך שהליבה של כל סיב תהיה ממוקדת. לפני שתמשיך, ודא שהמיקום האופקי של כל סיב מיישר קו עם מוביל הגל שלו. הפעל את הפלט האופטי של הלייזר, והתאם את מיקום סיב הקלט עד שהאור יתחבר למוביל הגל.

במצלמת האינפרא אדום, זה יופיע כפיזור לאורך מוביל גלי הקלט. לאחר מכן, כוון את אורך הגל של הלייזר כך שהמהוד המיקרו-טבעת יואר במצלמת האינפרא אדום. זה מצביע על כך שתנאי התהודה התמלא.

המשך במניפולציה של מיקומי הסיבים עם המיקרומטרים, כדי למקסם את הספק המוצא הנמדד על ידי מדי ההספק. כוונן עדין את מיקומי הסיבים, והזז כל סיב מעט קרוב יותר לשבב, באמצעות בקרי שלב הפיזו. חזור בין כוונון עדין של כל צימודי הסיבים לבין קירוב כל הסיבים לשבב.

המטרה היא שהסיבים יילחצו בחוזקה על דפנות השבב, תוך מקסום ההספק הנמדד. השלב הבא הוא לאפיין את הפיזור. התחל את האפיון על ידי כוונון בקר הקיטוב כדי למקסם את קריאת ההספק במדי ההספק.

כעת, סרוק את הלייזר המתכוונן על פני טווח אורכי הגל המעניין כדי למצוא את ספקטרום השידור. חלץ את רוחב הפס של כל תהודה, והשתמש במידע כדי למצוא את מדדי הקבוצה ואי הוודאות המתאימים. לאחר מכן, זהה את אורכי הגל של שני לייזרי המשאבה על ידי מציאת שתי תהודה שיש להן מספר אי זוגי של תהודה ביניהן.

הכרת אורכי גל אלה מאפשרת קביעת אורך גל דו-פוטוני. כדי לבדוק אם שלושת אורכי הגל הללו תואמים לערבוב ספונטני של ארבעה גלים, שרטט את מדד הקבוצה מול אורך הגל. במקרה זה, הנקודות הכחולות הן מדדי הקבוצה.

ההצללה האדומה תואמת את אי הוודאות של מדדי הקבוצה, כתוצאה מרוחב הפס של כל תהודה. הקו האופקי הירוק משתרע בין אורכי הגל של הלייזר של המשאבה המועמדת מכיוון שהקו נמצא כולו בתוך האזור המוצל, ניתן להשתמש באורכי הגל של המשאבה והביפוטון לצורך הניסוי.

לאחר קביעת אורכי הגל של הגשושית, צור את מערך הניסוי הסופי. יש לזה שני מקורות לייזר מתכווננים, אחד לכל אחד מאורכי הגל של לייזר המשאבה. יציאות הלייזר עוברות כל אחת לבקרי קיטוב נפרדים.

משם, שתי יציאות הלייזר משולבות בשילוב סיבים. ליד יש סדרה של מסנני חריץ מבוססי סיבים. מסננים אלה מאפשרים מעבר של אורכי הגל של המשאבה, אך הם משיגים כ-120 דציבלים של הנחתה של אורך הגל הדו-פוטוני.

הפלט של מסנן זה נכנס לשבב הפוטוני. על כל פלט, אחרי השבב, יש סדרה של מסנני פס. מסננים אלה מחלישים את אורכי הגל של המשאבה בכ-150 דציבלים, אך מעבירים את אורכי הגל הביפוטונים.

הפוטונים שנדחו מכל סט מסננים נשלחים למד כוח ייעודי. הפלט מכל אחד מהמסננים מבוססי הסיבים עובר לגלאי פוטון יחיד ייעודי. כל אחד מגלאי הפוטונים הבודדים מספק קלט למתאם צירוף מקרים.

מעביר הפאזה עבור אינטרפרומטר Mach-Zehnder הוא מחמם התנגדות על שבב. חבר דרייבר זרם הנשלט על ידי מחשב לרפידות המגע של השבב כדי לייצר חום כאשר המתח מוגדר. עבור שתי מדידות הפרעות פוטון, התחל עם לייזרי המשאבה באורכי הגל שנבחרו.

עקוב אחר מדי הכוח כדי להבטיח שכל לייזר מכוון לתהודה שלו, וההספק מקסימלי. לאחר מכן, עקוב אחר ספירת צירופי המקרים במתאם. כפי שמצוין באיור זה, מצא את שיא הנתונים ושלב על פני חלון של כ-220 פיקו-שניות, במרכזו.

עקוב אחר ספירת צירופי המקרים עד שיהיה סך של לפחות 100. זה מצביע על כך שחלף זמן אינטגרציה מספיק. כעת, פנה למחשב כדי להגדיר את בקרת המתח עבור מעביר הפאזה לאפס וולט.

לאחר הגדרת שינוי הפאזה, עבור לאחד הלייזרים הניתנים לכוונון וסרוק על פני כל טווח אורכי הגל. השתמש במדי הכוח עבור פוטוני המשאבה שנדחו כדי לזהות את מיקום התהודה שנבחרו בעבר שאולי נסחפו. הגדר את לייזרי המשאבה כך שיתאימו לתהודה שנבחרו בעבר.

חשוב לעקוב אחר התהודה שנבחרו לאורך זמן, ולא אחר אורכי הגל. מחומם, הטבעת מחוממת גם היא, אך הרבה פחות יעילה. זה מעביר את התהודה לאורכי גל ארוכים יותר.

אסוף את הנתונים המתקבלים ממתאם הזמן באמצעות זמן האינטגרציה שנבחר קודם לכן. זה כולל את מספר הפוטונים שנספרים על ידי כל גלאי בספירת צירופי המקרים. לאחר איסוף הנתונים, כוונן את בקרת המתח של מעביר הפאזה והגדל אותו בחמישה מילי-וולט.

חזור על סריקת הלייזר ואיסוף נתוני ספירה עד לכיסוי טווח המתח הרצוי. דפוסי הפרעות אור קלאסיים אלה הושגו באמצעות מערך הבדיקה על ידי איסוף ספירת פוטונים בודדים כפונקציה של הפאזה היחסית בין שני המסלולים בנוסף לנתונים הנמדדים, המיוצגים על ידי עיגולים ויהלומים, הקווים המוצקים מתאימים לנתונים.

המספרים מייצגים את הנראות המחושבת. מדידות מתאם צירוף מקרים מראות את ההפרעה הקוונטית של הפוטונים השזורים. שימו לב שהתנודה היא בתדירות כפולה מהתבנית הקלאסית.

העקומה הכתומה היא מבדיקה של מקור פוטון הדורשת יצירת פוטונים שזורים באורך גל שאינו נתמך על ידי הטבעת. זה מדגים שצירופי המקרים הם מפוטונים שנוצרו בטבעת. נתונים אלה הם משישה ניסויים שבהם זוגות תהודה הם סימטריים בתדירות, בערך מקום המגורים הרצוי של דו-פוטון.

כל סט נתונים מדגים תקופה של מחצית מזו של השלב היחסי. לאחר שליטה, ניתן לבצע טכניקה זו תוך 10 עד 15 שעות, אם היא מבוצעת כראוי. הזמן הכולל נקבע בעיקר על ידי הרזולוציה של תוספת המתח של מעביר הפאזה וזמן האינטגרציה הנלווה של כל מדידת צירוף מקרים דו-פוטוני.

בעת ניסיון הליך זה, חשוב לזכור לקחת את הזמן תוך אופטימיזציה של צימודי השבב. אם לא נעשה כראוי, ייתכן שהסיבים לא יהיו יציבים במהלך המדידות. לאחר צפייה בסרטון זה, אתה אמור להיות בעל הבנה טובה כיצד להכין ולבדוק מקורות פוטונים פוטוניים משולבים.