Silikon Halka Rezonatörü Foton Kaynak Kuantum Girişim ölçümü

Bu prosedürün genel amacı, kuantum girişiminin ölçümü yoluyla entegre bir fotonik foton çifti kaynağını karakterize etmektir. Bu yöntem, ilişkili fotonların çip ölçekli kaynaklarının nasıl gerçekleştirileceği ve bunların kuantum entegre fotonik devrelere nasıl entegre edileceği de dahil olmak üzere, entegre kuantum fotonik ile ilgili temel soruların yanıtlanmasına yardımcı olabilir. Bu tekniğin temel avantajı, çok çeşitli entegre kuantum fotonik devrelere uygulanabilmesidir.

Deneyin merkezinde fotonik çip var. Bu çip bir tarafta yaklaşık beş milimetredir ve standart teknikler kullanılarak üretilmiştir. Çipin bu görüntüsü, bileşenlerini ortaya koyuyor.

Giriş dalga kılavuzu, fotonların hem saat yönünde hem de saat yönünün tersine yayılacağı bir halka rezonatörü ve çıkış dalga kılavuzları tarafından takip edilen bir Mach-Zehnder interferometresi dahil olmak üzere bir pompa devresi vardır. Metal uçlar çip üzerinde ısıtmaya izin vererek interferometrede bir faz kaymasına neden olur. Çipi devrede kullanıma hazırlamak için bir talaş parlatıcı ile cilalayın.

Önce çipi düzleştirmek için parlatıcıyı kullanın ve tüm yönleri ortogonal hale getirin. Çipi, parlatma işaretlerinin ucunun yaklaşık 100 mikron yakınına kadar yaklaşık 50 mikronluk adımlarla üç mikronluk bir alıştırma pedi ile cilalayın. Her 50 mikrondan sonra, kalan mesafeyi belirlemek için çipi inceleyin.

Yaklaşık 100 mikron kaldığında, bir mikronluk alıştırma pedine geçin. Çipi parlatmaya ve ilerlemeyi izlemeye devam edin. Yaklaşık 20 mikron kaldığında, 0,5 mikronluk bir ped ile değiştirin.

Cila işaretlerinin bitimine 15 mikron kalana kadar talaşı daha da cilalayın. 15 mikronda, alıştırma pedini 0,1 mikron pürüzlülüğe sahip bir pedle değiştirin. Parlatma izlerinin yalnızca 10 mikronu kalana kadar çipi parlatmak için bu pedi kullanın.

0,1 mikronluk alıştırma pedi ile son parlatma adımı, pürüzsüz bir yüzey sağlar. Temizlemeden ve daha sonra kullanmak üzere saklamadan önce çipi çıkarın. Optik fiberleri hazırlamak için gerekli ekipmanı toplayın.

Buna bir elyaf sıyırıcı, bir elyaf satırı, bir füzyon birleştirici ve bir manşonlu fırın dahildir. Üç tek modlu fiber pigtail ve her biri için yaklaşık 20 ila 30 santimetre ultra yüksek sayısal açıklıklı fiber ile çalışın. Bir helezon hazırlamak için, ucundaki herhangi bir arabelleği veya kodlamayı çıkarmak için fiber sıyırıcıyı kullanın.

Ultra yüksek sayısal açıklık fiberinin uzunluğunun bir ucu için de aynısını yapın. Lifleri temizledikten sonra, füzyon eklemeye hazırlamak için lif satırını kullanın. Ardından, lifleri ekleyiciye taşıyın.

Lifleri yerine yerleştirin ve bölünmüş uçları uygun şekilde hizalayın. Uygun parametreleri girin ve ekleme işlemini gerçekleştirin. Bittiğinde, eklenmiş lifleri çıkarın ve inceleyin.

Ek yeri kabul edilebilirse, ekleme yerinin üzerine koruyucu bir kılıf kaydırın. Ardından, elyafa kalıcı olarak sabitlemek için manşon kaplı ek yerini manşon fırına yerleştirin. Deneyde kullanılmak üzere üç eklenmiş lif üretmeye devam edin.

Deney optik bir tezgah üzerinde gerçekleşir. Tezgah üzerinde piezo kontrolörlü üç adet üç eksenli çeviri aşaması vardır. Çip dalga kılavuzlarına erişime izin verecek şekilde konumlandırılmışlardır.

Çeviri aşamaları, bakır bir kaide üzerine monte edilmiş olan optik çipi çevreler. Kaide, termoelektrik soğutucu ile temas halindedir. Her çeviri aşaması, bir V-oluğunda hazırlanan liflerden birine sahiptir ve poliimid bant ile tutturulmuştur.

Çipin bulunduğu bölge, hem görünür hem de kızılötesi kameralarla donatılmış bir mikroskop kullanılarak görüntülenebilir. Bu noktada, lifler deney aletlerine bağlanabilir. Çip girişini, bir polarizasyon kontrolörü aracılığıyla ayarlanabilir bir lazer kaynağının optik çıkışına bağlayın.

Çipin her çıkışını bir optik güç ölçere bağlayın. Şimdi, çip ile çalışmak için mikroskop konumunu ayarlayın. Mikroskobu, dalga kılavuzlarının çipin kenarına ulaştığı yere odaklayın ve lifleri çip kenarına yakın konumlandırmak için öteleme aşamalarını kullanın.

Fiberleri görünür kameranın görüş alanına getirin ve yüksekliklerini, her bir fiberin çekirdeği odakta olacak şekilde ayarlayın. Devam etmeden önce, her bir fiberin yatay konumunun dalga kılavuzu ile aynı hizada olduğundan emin olun. Lazerin optik çıkışını açın ve ışık dalga kılavuzuna girene kadar giriş fiberinin konumunu ayarlayın.

Kızılötesi kamerada bu, giriş dalgası kılavuzu boyunca saçılma olarak görünecektir. Ardından, lazerin dalga boyunu, mikro halka rezonatörü kızılötesi kamerada yanacak şekilde ayarlayın. Bu, rezonans koşulunun karşılandığını gösterir.

Güç sayaçları tarafından ölçülen çıkış gücünü en üst düzeye çıkarmak için fiber konumlarını mikrometrelerle manipüle ederek devam edin. Fiber konumlarını ince bir şekilde ayarlayın ve piezo sahne denetleyicilerini kullanarak her bir fiberi çipe biraz daha yaklaştırın. Tüm fiber bağlantılarına ince ayar yapma ve tüm fiberleri çipe yaklaştırma arasında yineleme yapın.

Amaç, ölçülen gücün en üst düzeye çıkarılmasıyla liflerin çipin kenarlarına sıkıca bastırılmasını sağlamaktır. Bir sonraki adım, dağılımı karakterize etmektir. Güç ölçerlerdeki güç okumasını en üst düzeye çıkarmak için polarizasyon kontrolörünü ayarlayarak karakterizasyona başlayın.

Şimdi, iletim spektrumunu bulmak için ayarlanabilir lazeri ilgilenilen dalga boyu aralığında tarayın. Her rezonansın bant genişliğini çıkarın ve bilgileri grup indekslerini ve karşılık gelen belirsizlikleri bulmak için kullanın. Ardından, aralarında tek sayıda rezonans bulunan iki rezonans bularak iki pompa lazerinin dalga boylarını belirleyin.

Bu dalga boylarının bilinmesi bifoton dalga boyunun belirlenmesini sağlar. Bu üç dalga boyunun spontan dört dalga karışımı ile tutarlı olup olmadığını test etmek için, dalga boyuna karşı grup indeksini çizin. Bu durumda, mavi noktalar grup endeksleridir.

Kırmızı gölgeleme, her rezonansın bant genişliğinin bir sonucu olarak grup indekslerinin belirsizliğine karşılık gelir. Yeşil yatay çizgi, aday pompa lazer dalga boyları arasında uzanır. Çizgi tamamen gölgeli bölge içinde olduğundan, deney için pompa ve bifoton dalga boyları kullanılabilir.

Prob dalga boyları belirlendikten sonra, son deney kurulumunu oluşturun. Bu, pompa lazer dalga boylarının her biri için bir tane olmak üzere iki ayarlanabilir lazer kaynağına sahiptir. Lazer çıkışlarının her biri ayrı polarizasyon kontrolörlerine gider.

Oradan, iki lazer çıkışı bir fiber birleştiricide birleştirilir. Yanında bir dizi fiber bazlı çentik filtresi var. Bu filtreler, pompa dalga boylarının geçişine izin verir, ancak bifoton dalga boyunun yaklaşık 120 desibel zayıflamasını sağlarlar.

Bu filtrenin çıktısı fotonik çipe gider. Her çıkışta, çipten sonra bir dizi bant geçiren filtre vardır. Bu filtreler, pompa dalga boylarını yaklaşık 150 desibel azaltır, ancak bifoton dalga boylarını geçirir.

Her filtre setinden reddedilen fotonlar, özel bir güç ölçere gönderilir. Fiber tabanlı filtrelerin her birinden gelen çıktı, özel bir tek foton dedektörüne gider. Tek foton dedektörlerinin her biri, bir tesadüf ilişkilendiricisine girdi sağlar.

Mach-Zehnder interferometresi için faz değiştirici, çip üzerinde dirençli bir ısıtıcıdır. Voltaj ayarlandığında ısı üretmek için bilgisayar kontrollü bir akım sürücüsünü çipin temas pedlerine bağlayın. İki foton girişim ölçümü için, seçilen dalga boylarında pompa lazerleri ile başlayın.

Her lazerin rezonansına göre ayarlandığından ve gücün en üst düzeye çıkarıldığından emin olmak için güç ölçerleri izleyin. Ardından, ilişkilendiricideki çakışma sayılarını izleyin. Bu şekilde gösterildiği gibi, verilerin tepe noktasını bulun ve üzerinde ortalanmış yaklaşık 220 pikosaniyelik bir pencereye entegre edin.

Toplamda en az 100 olana kadar tesadüf sayılarını takip edin. Bu, yeterli bir entegrasyon süresinin geçtiğini gösterir. Şimdi, faz değiştiricinin voltaj kontrolünü sıfır volta ayarlamak için bilgisayara dönün.

Faz kayması ayarlandıktan sonra, ayarlanabilir lazerlerden birine gidin ve tüm dalga boyu aralığını tarayın. Sürüklenmiş olabilecek önceden seçilmiş rezonansların konumunu belirlemek için reddedilen pompa fotonları için güç ölçerleri kullanın. Pompa lazerlerini önceden seçilen rezonanslara uyacak şekilde ayarlayın.

Dalga boylarından ziyade zaman içinde seçilen rezonansları takip etmek önemlidir. ısıtılır, halka da ısıtılır, ancak çok daha az verimlidir. Bu, rezonansları daha uzun dalga boylarına kaydırır.

Önceden seçilen entegrasyon zamanını kullanarak zaman ilişkilendiricisinden elde edilen verileri toplayın. Bu, tesadüf sayımlarında her bir dedektör tarafından sayılan foton sayısını içerir. Verileri topladıktan sonra, faz değiştiricinin voltaj kontrolünü ayarlayın ve beş milivolt artırın.

İstenen voltaj aralığı kapsanana kadar lazeri taramayı ve sayım verilerini toplamayı tekrarlayın. Bu klasik ışık girişim modelleri, iki yol arasındaki bağıl fazın bir fonksiyonu olarak tek tek foton sayımları toplanarak test düzeneği kullanılarak elde edildi. Daireler ve elmaslarla temsil edilen ölçülen verilere ek olarak, düz çizgiler verilere uyar.

Rakamlar hesaplanan görünürlüğü temsil eder. Tesadüf korelasyon ölçümleri, dolaşık fotonların kuantum girişimini gösterir. Salınımın klasik modelin iki katı frekansında olduğuna dikkat edin.

Turuncu eğri, halka tarafından desteklenmeyen bir dalga boyunda dolaşık fotonların üretilmesini gerektiren bir foton kökeni testinden alınmıştır. Tesadüflerin halkada üretilen fotonlardan olduğunu gösteriyor. Bu veriler, rezonans çiftlerinin frekansta simetrik olduğu, istenen bifoton ikametgahı hakkında altı deneyden elde edilmiştir.

Her veri kümesi, göreli fazın yarısı kadar bir periyot gösterir. Bir kez ustalaştıktan sonra, bu teknik uygun şekilde yapılırsa 10 ila 15 saat içinde yapılabilir. Toplam süre, öncelikle faz değiştirici voltaj artışının çözünürlüğü ve her bir bifoton çakışma ölçümünün ilişkili entegrasyon süresi ile belirlenir.

Bu prosedürü denerken, çipin kaplinlerini optimize ederken zaman ayırmayı unutmamak önemlidir. Düzgün yapılmazsa, ölçümler sırasında lifler stabil olmayabilir. Bu videoyu izledikten sonra, entegre fotonik foton kaynaklarının nasıl hazırlanacağını ve test edileceğini iyi anlamış olmalısınız.