複数の量子干渉に基づく無条件偏波絡み合った光子を生成するフォトニックシステム

大ブロードバンド分布を持つ高発光速度で、多重量子干渉効果を利用して、偏光、退化、選択後の無分光子を高い発光率で生成する高性能フォトニックシステムを紹介します。我々のアプローチは、複数の逆ホン・オウ・マンデル干渉プロセスを使用して、高世代効率と退化光子ペアをポスト選択なしで異なる光学モードに確実に分離した偏光絡み合った光子を生成します。まず、レーザーダイオードをオンにし、電力を数ミリワットに設定します。

レーザーダイオード表面に対して約45度の角度でホログラフィック格子を、ビーム強度が最大に見えるまで角度を調整してください。次に、レーザーを偏光維持光ファイバに結合する。ファイバをパワーメーターに向け、カプラーねじを調整して出力電力を最大にします。

自由空間アイソレータを通してレーザーを向けます。次に、ビームの経路に405ナノメートル光の半波板と4分の1波プレートを配置します。プレートの角度を設定して、希望するビーム偏光状態を実現します。

次に、ビームのパスに短い通過二色ミラーと偏光ビームスプリッターキューブを配置します。反射したS偏光を透過したp偏光ビームに平行に向けるには、通常のミラーを使用します。ビームの経路に取り付けられた温度制御プラットフォーム上に、タイプゼロppKTP結晶を置きます。

スプリットビームが結晶を通過するまでプラットフォームを調整します。次に、s 偏光ビームとp偏光ビームの両方が数メートル平行になるまで、ビームスプリッターとミラーを調整します。この調整には、405ナノメートルのポンプレーザーと810ナノメートルのリファレンスレーザーの両方を使用してください。

次に、二重波半波プレートをppKTP結晶の両側に、入射光に垂直に取り付けます。ビームスプリッターと結晶の間の半波板は22.5度に設定され、他のプレートは45度に設定されています。次に、セットアップの最後にレトロリフレクターを配置し、下方変換されたビームをppKTP結晶と22.5度の半波プレートを通して戻します。

45 度の半波プレートを配置して、ビーム スプリッターから反射したインバウンドビームと反対側からのアウトバウンドビームだけが通過するようにします。両方のアウトバウンドビームがビームスプリッターに向けられ、時計回りおよび反時計回りのフォトンビームが生成されるようにします。CCD カメラビームプロファイラを出力フォトンビームとインラインに配置します。

ミラーとレトロリフレクタを調整して、時計回りと反時計回りのビームペアが同じ空間モードになるようにします。その後、4分の1波プレートと二色性鏡の間に300ミリメートルのフォーカスレンズを取り付けます。ppKTP結晶中の第2光子のダウン変換の生成位置の周りにポンプレーザー光の焦点がなるようにレンズを配置します。

ビームプロファイラを取り外し、各出力ビームの経路に、4分の1波プレート、ワイヤグリッド偏光子、干渉フィルタを配置します。コリメーターレンズを使用して、ビームをマルチモードのファイバーに結合します。各四分の波板の前に300ミリメートルの焦点レンズを置き、出力ビームをコリメーターに焦点を合わせます。

次に、マルチモード・ファイバーを、シリコン・アバランシェ・フォトダイオードを使用する単光子計数モジュールに接続します。セットアップが完全に組み立てられたら、リファレンスレーザーをオフにしてダイオードレーザーを再接続します。部屋の照明をオフにし、すべての外部ライトを除外します。

次に、カウントモジュールをオンにし、変換されたフォトンを数えます。次に、ppKTP結晶の温度と45度半波板の傾き角度を調整し、変換されたフォトンのカウント率を向上させます。カウント率が最大化されるまで、測定と調整を繰り返します。

測定の前に、出力ビームが測定のために望ましい偏光ベースを達成するために、4分の1波プレートと偏光子の角度を設定します。次に、二色性鏡から反射した出力ビームの単光子計数モジュールを、時間から振幅変換器の開始信号入力に接続します。電気遅延線を介して、他のビームを停止信号入力に接続します。

遅延時間を 50 ナノ秒に、表示時間範囲を 100 ナノ秒に設定します。計測器ソフトウェアを開き、測定時間を30秒に設定し、測定を開始します。測定が終了したら、パルス高分布を記録します。

複数の偏光ベースの組み合わせで測定を繰り返し、カウントモジュールの時間分解能に基づいて一致タイムウィンドウを特定します。各測定について、一致時間ウィンドウ内でピーク下の領域を統合して、一致数を推定します。再現性とベル パラメータを計算して、システムが偏波絡合りフォトンを生成していることを確認します。

偏光基の6つの組み合わせからの偶然検出測定の分析は、システムが偏光絡み合った光子を生成し、検出できることを確認しました。絡み合いの忠実度は0.85で、古典的な局所相関限界である0.5を超えました。偏光の基部からの相関関係はすべて2の古典的なパラメータ限界を超え、ベルの不平等に違反しました。

我々の方法は、タイプゼロ自発的パラメトリックダウン変換の大きな帯域幅と高効率を維持しながら、タイプ2自発的パラメトリックダウン変換の異なる光モード特性に退化光子対のポスト選択自由な分離を可能にする。この複数の量子干渉プロセスの使用法は、自発的なパラメトリックダウン変換の刺激された放出を介した絡み合った光子の適用にも有用である。このスキームのシンプルさにより、パルスレーザーポンピングや波導構造物を非線形結晶に変更することで、偏光絡み合った光子の生成効率をさらに向上させることができます。

結晶のポーリング周期を変えることで、理論波長帯に光子を生成することもできます。我々の技術は、タイプゼロの自発的パラメトリックダウン変換の広い帯域幅のために、ユニットポンプ電力あたりの総光子ペアの生産率を2〜3桁向上させます。相関光子対の広い帯域幅は、量子光コヘレンス断層撮影や他の多くのアプリケーションでの使用のためにかなりの注目を集めている非常に短い偶然の時間を与えます。