Een fotonisch systeem voor het opwekken van onvoorwaardelijke polarisatie-verstrikt fotonen op basis van meervoudige kwantum interferentie

We presenteren een high-performance fotonisch systeem dat gebruik maakt van meerdere quantum interferentie effect te produceren polarisatie-verstrengelde, gedegenereerde, post-selectie gratis fotonen tegen de hoge emissie snelheid met een grote breedband distributie. Onze aanpak maakt gebruik van een meervoudig omgekeerd Hong-Ou-Mandel interferentieproces om polarisatie-verstrengelde fotonen te produceren met een hoge generatie efficiëntie en betrouwbare scheiding van gedegenereerde fotonparen in verschillende optische modi zonder post-selectie. Om te beginnen, zet een laser diode, en zet de macht op een paar milliwatt.

Gelieve een holografische rooster onder ongeveer een hoek van 45 graden ten opzichte van de laser diode oppervlak, en pas de hoek totdat de bundel intensiteit lijkt te zijn gemaximaliseerd. Koppel vervolgens de laser aan een polarisatie-onderhoudende optische vezel. Direct de vezel naar een vermogensmeter en pas de koppelingsschroeven aan om het uitgangsvermogen te maximaliseren.

Richt de laser door een isolator met vrije ruimte. Plaats vervolgens een halve golfplaat en een kwartgolfplaat voor 405 nanometer licht in het pad van de straal. Stel de plaathoeken in om de gewenste straalpolarisatietoestand te bereiken.

Plaats vervolgens een korte-pass dichroic spiegel en een polariserende beam-splitter kubus in het pad van de balk. Gebruik een gewone spiegel om de gereflecteerde s-gepolariseerde straal parallel aan de overgebrachte p-gepolariseerde straal te richten. Plaats een type-zero ppKTP kristal op een temperatuurgestuurd platform, gemonteerd in het pad van de balk.

Pas het platform aan tot de gespleten balken door het kristal gaan. Stel vervolgens de bundelspl splitter en spiegels aan totdat zowel de s- als p-gepolariseerde balken een paar meter parallel zijn. Gebruik zowel de 405-nanometer pomplaser als een 810 nanometer referentielaser voor deze aanpassing.

Monteer vervolgens een dual-wave halfgolfplaat aan weerszijden van het ppKTP-kristal, loodrecht op het invallende licht. De halfgolfplaat tussen de balkspleet en het kristal is ingesteld op 22,5 graden en de andere plaat op 45 graden van tevoren. Plaats vervolgens een retroreflector aan het einde van de setup om de omgebouwde balken terug te leiden door het ppKTP-kristal en de 22,5-graden halfgolfplaat.

Plaats de 45-graden halfgolfplaat zodat alleen de inkomende straal gereflecteerd wordt van de balkspl splitter en de uitgaande straal van de andere kant erdoorheen gaat. Zorg ervoor dat beide uitgaande balken in de bundelspl splitter worden gericht om de fotonbalken met de klok mee en tegen de klok in te genereren. Plaats CCD camera beam profilers in lijn met de output foton balken.

Pas de spiegels en retroreflector zo aan dat de balkparen met de klok mee en tegen de klok in dezelfde ruimtelijke standen zijn. Monteer vervolgens een scherpstellens van 300 millimeter tussen de kwartgolfplaat en de dichroic spiegel. Plaats de lens zo dat het brandpunt van de pomplaserstraal zich rond de generatiepositie van het tweede foton down-conversie in het ppKTP-kristal bevindt.

Verwijder de bundelprofilers en plaats een kwartgolfplaat, een wire grid polarisator en een interferentiefilter in het pad van elke uitgangsstraal. Koppel de balken aan multimode vezels met een collimator lens. Plaats een 300-millimeter focus lens voor elke kwart-golf plaat, en focus de output balken op de collimators.

Sluit vervolgens de multimode-vezels aan op enkelfotontelmodules die siliciumlawinefotodiodes gebruiken. Zodra de installatie volledig is geassembleerd, schakelt u de referentielaser uit en sluit u de diodelaser opnieuw aan. Schakel de kamerverlichting uit en sluit alle externe lichten uit.

Schakel vervolgens de telmodules in en tel de omgerekende fotonen. Pas vervolgens de temperatuur van het ppKTP-kristal en de kantelhoek van de 45-graden halfgolfplaat aan om de telsnelheid van de omgerekende fotonen te verbeteren. Herhaal de metingen en aanpassingen totdat de telsnelheid is gemaximaliseerd.

Stel vóór de meting de hoeken van de kwartgolfplaten en polarisatoren in voor de uitgangsstralen om de gewenste polarisatiebasis voor de meting te bereiken. Sluit vervolgens de enkel-fotontelmodule van de uitgangsstraal die van de dichroic spiegel wordt gereflecteerd aan de ingang van het startsignaal van een time-to-amplitudeconverter. Sluit de andere straal aan op de ingang van het stopsignaal via een elektrische vertragingslijn.

Stel de vertragingstijd in op 50 nanoseconden en het weergegeven tijdsbereik op 100 nanoseconden. Open de instrumentsoftware, stel de meettijd in op 30 seconden en start de meting. Wanneer de meting is voltooid, registreert u de pulshoogteverdeling.

Herhaal de meting met verschillende polarisatiebasiscombinaties en identificeer een toevalstijdvenster op basis van de temporele resolutie van de telmodules. Voor elke meting, integreer het gebied onder de piek binnen het toevalstijdvenster om de toevallige tellingen te schatten. Bereken de getrouwheids- en belparameters om te bevestigen dat het systeem polarisatie-verstrengelde fotonen genereert.

Analyse van toevalsdetectiemetingen van zes combinaties van polarisatiebases bevestigde dat het systeem polarisatie-verstrengelde fotonen kon genereren en detecteren. De verstrengelingtrouw was 0,85, dat de klassieke lokale correlatiegrens van 0,5 overschreed. De correlaties van de basissen van polarisatie overschreden allen de klassieke parametergrens van twee, overtredend de ongelijkheid van de Klok.

Onze methode maakt het mogelijk post-selectie vrije scheiding van gedegenereerde fotonparen in verschillende optische modi die kenmerkend zijn voor type-twee spontane parametrische down-conversie, met behoud van de grote bandbreedte en hoge efficiëntie van type-nul spontane parametrische down-conversie. Deze methode van het gebruik van meerdere kwantuminterferentieprocessen is ook nuttig voor de toepassing van verstrengelde fotonen door de gestimuleerde emissie van spontane parametrische down-conversie. Door de eenvoud van ons schema kunnen we de polarisatie-verstrengelde fotongeneratie-efficiëntie verder verbeteren door de pulslaserpompen en de golfgeleiderstructuren in niet-lineaire kristallen te wijzigen.

We kunnen ook fotonen genereren in de theoretische golflengten band door het veranderen van de poling periode van het kristal. Onze techniek verbetert de totale foton-pair productiesnelheid per eenheid pompvermogen met twee tot drie ordes van grootte, als gevolg van de grote bandbreedte van type-nul spontane parametrische down-conversie. Een grote bandbreedte van gecorreleerde fotonparen geeft een zeer korte toevalstijd, die veel aandacht heeft getrokken voor gebruik in kwantumoptische coherentie tomografie en in vele andere toepassingen.