Meting van Quantum Interference in een Silicon Ring Resonator Photon Source

Het algemene doel van deze procedure is om een geïntegreerde fotonische fotonpaarbron te karakteriseren door het meten van kwantuminterferentie. Deze methode kan helpen bij het beantwoorden van belangrijke vragen met betrekking tot geïntegreerde kwantumfotonica, inclusief hoe chip-schaal bronnen van gecorreleerde fotonen te realiseren en deze te integreren in kwantum geïntegreerde fotonische circuits. Het grote voordeel van deze techniek is dat deze kan worden toegepast op een breed scala aan geïntegreerde kwantumfotonische circuits.

In het hart van het experiment bevindt zich de fotonische chip. Deze chip is ongeveer vijf millimeter per zijde en is gemaakt met behulp van standaardtechnieken. Deze afbeelding van de chip toont de componenten.

Er is een pompcircuit, inclusief de invoergolfgeleider, een ringresonator, waarin fotonen zowel met de klok mee als tegen de klok in zullen propageren, en een Mach-Zehnder interferometer, gevolgd door uitvoergolfgeleiders. Metalen geleiders maken op-chip verwarming mogelijk, wat resulteert in een faseverschuiving in de interferometer. Om de chip klaar te maken voor gebruik in het circuit, polijst u met een chip-polijstmachine.

Gebruik eerst de polijstmachine om de chip vlak te maken en alle facetten orthogonaal te maken. Polijst de chip met een lappingpad van drie micron, in stappen van ongeveer 50 micron, tot binnen ongeveer 100 micron van het einde van de polijstsporen. Na elke 50 micron inspecteert u de chip om de resterende afstand te bepalen.

Wanneer er ongeveer 100 micron overblijft, verandert u naar een lappingpad van één micron. Blijf de chip polijsten en bewaak de voortgang. Wanneer er ongeveer 20 micron overblijft, verandert u naar een pad van 0,5 micron.

Polijst de chip verder, tot binnen 15 micron van het einde van de polijstsporen. Bij 15 micron verandert u het lappingpad naar een met 0,1 micron ruwheid. Gebruik dit pad om de chip te polijsten tot er nog slechts 10 micron van de polijstsporen overblijft.

De laatste polijststap, met een 0,1 micron lappingpad, zorgt voor een gladde facet. Verwijder de chip voordat u deze schoonmaakt en voor later gebruik opslaat. Verzamel de benodigde apparatuur om de optische vezels voor te bereiden.

Dit omvat een vezelstripper, een vezelkliefer, een fusiesplitter en een sleeveoven. Werk met de drie single-mode vezelpigtails en ongeveer 20 tot 30 centimeter ultrahoge numerieke apertuurvezel voor elk. Om een pigtail voor te bereiden, gebruikt u de vezelstripper om eventuele buffer of codering van het uiteinde te verwijderen.

Doe hetzelfde met een uiteinde van de lengte van ultrahoge numerieke apertuurvezel. Nadat de vezels zijn schoongemaakt, gebruikt u de vezelkliefer om ze voor te bereiden op fusie-splijten. Verplaats vervolgens de vezels naar de splitter.

Plaats de vezels op hun plaats en lijn de gekliefde uiteinden correct uit. Voer de juiste parameters in en voer de splice uit. Wanneer klaar, verwijder de gesplicete vezels en inspecteer deze.

Als de splice acceptabel is, schuift u een beschermende sleeve over de splice-site. Plaats vervolgens de met een sleeve bedekte splice in de sleeveoven om deze permanent aan de vezel te bevestigen. Ga door om drie gesplicete vezels te produceren voor gebruik in het experiment.

Het experiment vindt plaats op een optische werkbank. Op de werkbank bevinden zich drie drie-assige translatiestanden met piëzocontrollers. Ze zijn gepositioneerd om toegang tot de golfgeleiders van de chip mogelijk te maken.

De translatiestanden omringen de optische chip die al op een koperen voet is gemonteerd. De voet staat in contact met de thermo-elektrische koeler. Elke translatiestand heeft een van de voorbereide vezels in een V-groef en is bevestigd met polyimidetape.

Het gebied met de chip kan worden bekeken met behulp van een microscoop, die is uitgerust met zowel zichtbare als infraroodcamera's. Op dit punt kunnen de vezels worden aangesloten op de experimentele instrumenten. Verbind de chipinvoer met de optische uitgang van een afstembare laserbron via een polarisatiecontroller.

Verbind elke uitgang van de chip met een optische vermogensmeter. Pas nu de microscooppositie aan om met de chip te werken. Focus de microscoop waar de golfgeleiders de rand van de chip bereiken en gebruik de translatiestanden om de vezels in de buurt van de chiprand te positioneren.

Breng de vezels in zicht van de zichtbare camera en pas hun hoogte aan, zodat de kern van elke vezel scherp staat. Voordat u doorgaat, zorg ervoor dat de horizontale positie van elke vezel overeenkomt met zijn golfgeleider. Schakel de optische uitgang van de laser in en pas de positie van de invoervezel aan totdat er licht in de golfgeleider wordt gekoppeld.

Op de infraroodcamera zal dit verschijnen als verstrooiing langs de invoergolfgeleider. Stem vervolgens de golflengte van de laser af zodat de microringresonator op de infraroodcamera wordt verlicht. Dit geeft aan dat de resonantieconditie is vervuld.

Ga verder door de positie van de vezels te manipuleren met de micrometers, om het uitgangsvermogen dat door de vermogensmeters wordt gemeten te maximaliseren. Stel de positie van de vezels fijn af en beweeg elke vezel iets dichter bij de chip, met behulp van de piëzo-stagecontrollers. Itereer tussen het fijn afstellen van alle vezelkoppelingen en het dichter bij de chip brengen van alle vezels.

Het doel is om de vezels stevig tegen de zijden van de chip te drukken, met het gemeten vermogen gemaximaliseerd. De volgende stap is om de dispersie te karakteriseren. Begin de karakterisering door de polarisatiecontroller af te stellen om de vermogensmeter te maximaliseren.

Scan nu de afstembare laser over het golflengtebereik van belang om het transmissiespectrum te vinden. Extraheer de bandbreedte van elke resonantie en gebruik de informatie om de groepsindices en bijbehorende onzekerheden te vinden. Identificeer vervolgens de golflengten van de twee pomplasers door twee resonanties te vinden die een oneven aantal resonanties tussen hen hebben.

Kennis van deze golflengten maakt het mogelijk om de bifotongolflengte te bepalen. Om te testen of deze drie golflengten consistent zijn met spontaan vier-golfmenging, zet de groepsindex uit tegen de golflengte. In dit geval zijn de blauwe