Este trabajo es apoyado por la ERA-NET Chist-ERA (proyecto &#39;qscale&#39;) y por la concesión de comenzar ERC &#39;HybridNet&#39;. F. Barbosa reconoce el apoyo de la CNR y la FAPESP, y K. Huang el apoyo de la Fundación para el Autor de la Nacional Excelente Disertación doctoral de China (PY2012004) y el Consejo de Becas de China. C. Fabre y J. Laurat son miembros del Institut Universitaire de France.

1. Óptico paramétrico Oscilador <ol><li> Construir un 4 cm de largo cavidad lineal semimonolithic (para mejorar la estabilidad mecánica y las pérdidas intracavitarios reducidas). El espejo de entrada está recubierta directamente sobre una cara del cristal no lineal. </li><li> Elija un acoplador de entrada de reflexión de 95% para la bomba a 532 nm y de alta reflexión de la señal y la polea loca en 1064 nm. A la inversa, elegir el acoplador de salida a ser altamente reflectante para la bomba y de la transmitancia T = 10% para el infrarrojo. El rango espectral libre del OPO es igual a Δω = 4,3 GHz y el ancho de banda es de alrededor de 60 MHz. Hacer la cavidad triplemente resonante, es decir, para la bomba y para los campos de conversión descendente. </li><li> Utilice un cristal KTP para el sistema OPO tipo II o un cristal PPKTP para el tipo I OPO. Temperatura-estabilizar los cristales en sus temperaturas a juego de eliminación. </li><li> El uso como fuente de láser de una frecuencia de onda continua doble láser Nd: YAG. Bombear el OPO a 532 nm y utilizar la enluz frared, después de filtrado espacial por una cavidad de gran finura (limpiador modo), como un oscilador local (LO) para la detección homodino. </li><li> Lograr el modo de coincidencia entre la bomba y el modo de la cavidad. </li><li> Bloquee la longitud de la cavidad de la resonancia de la bomba por la técnica de Pound-Drever-Hall. Para este fin, aplicar una modulación electro-óptica 12 MHz a la bomba y detectar la luz de fondo-reflejada desde la cavidad con un aislador óptico. </li></ol> 2 Preparación Condicional:. Filtrado de la Ruta Heralding <ol><li> Separar la salida OPO en dos modos. Uno corresponde al modo anunciando, mientras que el otro es el estado anunciado que será detectado por la detección homodina. </li><li> Guiar el modo de heraldo hacia el detector de fotón único. Específicamente, para el OPO de tipo II, separar los modos de señal y locas ortogonales por un divisor de haz polarizado (PBS). Para el tipo I OPO, toque una pequeña fracción (3%) del vacío comprimido por undivisor de haz (BS). </li><li> Se filtra el modo de heraldo para eliminar las frecuencias modos no degenerar debido a la cavidad OPO. Para un OPO, la salida de hecho contiene muchos correlacionados pero separadas espectralmente modos pairwise, ω 0 + nΔ ω y ω 0-nΔ ω donde n es un número entero. Para generar un estado anunciado en la frecuencia portadora, es necesario filtrar todos estos modos no degenerados. <ol><li> Utilice primero un filtro interferencial con un ancho de banda de 0,5 nm. </li><li> Añadir una cavidad lineal casera Fabry-Perot con un rango espectral libre de 330 GHz y un ancho de banda de 300 MHz (longitud de alrededor de 0,4 mm y la delicadeza en todo 1000). El ancho de banda de la cavidad se elige para ser mayor que el de la OPO y el rango espectral libre para ser más grande que la ventana de frecuencia del filtro interferencial. </li><li> Lograr al menos el rechazo general de 25 dB de los modos no degenerados. </li></ol></li><li> Bloquee el filtrado de Fabry-Perot cavidad por la técnica de tramado-y-bloqueo. <ol><li> Para este propósito, inyectar un haz auxiliar propagación hacia atrás a través de un conmutador óptico y rechazarla en la entrada de la cavidad de filtrado por un aislador óptico. Detectar la luz en la salida. </li><li> Bloquee la cavidad durante 10 ms y empezar después del período de medición de 90 ms con el auxiliar de haz fuera. </li></ol></li><li> Detectar el modo anunciando filtrada por un detector de fotón único durante el periodo de medición. Un superconductor detector de fotón único (SSPD) se utiliza para limitar la cantidad de ruido oscuro (pocos Hz), que de otro modo degradaría la fidelidad del estado condicional. </li></ol> 3. Quantum Estado Tomografía por detección homodina <ol><li> Detectar el estado anunciado con una detección homodina equilibrada compuesta de un divisor de haz 50/50 donde el campo para caracterizar y una de onda continua fuerte oscilador local (LO, 6 mW) es presentada a interferir, y un par de FEP alta cuánticaiciency fotodiodos de InGaAs. </li><li> Con el fin de alinear la detección, inyectar en la cavidad OPO una viga auxiliar brillante en 1064 nm y combinar el modo de este modo con el modo LO. Lograr una visibilidad franja próxima a la unidad. Cualquier desajuste modo se traduce en pérdidas de detección cuadrática. </li><li> Compruebe las propiedades de detección homodinos. Con una potencia baja de 6 mW, el límite de ruido shot (SNL) es plana hasta 50 MHz. Es más de 20 dB por encima del ruido electrónico en la frecuencia de bajo análisis (MHz), 16 dB por encima de la frecuencia de análisis de 50 MHz. Esta distancia es un parámetro crítico, ya que se traduce en pérdidas en la detección (un 10 dB (20 dB) distancia se traduce en una pérdida del 10% (1%) eficaz) 24. </li><li> Por cada evento de detección del detector de fotón único, registre la fotocorriente homodino con un osciloscopio con una frecuencia de muestreo de 5 GS / s durante 100 ns. Barrer la fase LO con un espejo de PZT-montada durante la medición. </li><li> Filtre cada segmento grabado con un gincluso función de modo temporal para obtener en cada preparación exitosa de un solo valor cuadratura del estado condicional. La función de modo óptimo para la baja ganancia está cerca de una función exponencial de doble cara 25 con una constante de desintegración igual a la inversa del ancho de banda OPO. El modo óptimo también se puede encontrar mediante el uso de una función propia expansión de la función de autocorrelación 26. </li><li> Acumula mediciones (50,000 son necesarios para la tomografía) y post-proceso de los datos con un algoritmo de máxima probabilidad 27. Este procedimiento permite la reconstrucción de la matriz de la densidad del estado anunciada y la función de Wigner correspondiente 8. </li></ol> 4. Preparación Condicional de fotón único Estado con un modelo de tipo II OPO <ol><li> Bombear el tipo II OPO muy por debajo del umbral (1 mW aquí para un umbral de 80 mW) para tener una probabilidad muy baja de pares multifotón. </li></ol> 5. Preparación Condicional de CoherenteSuperposición Estado con un modelo de tipo I OPO <ol><li> Compruebe el vacío comprimido generado por el OPO cerca de umbral con un analizador de espectro. Los espectros de ruido medido se muestra en la Figura 3. </li><li> Opere el OPO en una potencia de la bomba que permite la observación de alrededor de 3 dB de exprimir a bajas frecuencias de banda lateral (pocos MHz). </li><li> En la medición homodino, la información de fase es importante para los estados de fase dependientes tales como el estado de CSS. Analiza la fase LO con una onda de diente de sierra 10 Hz con un ciclo de trabajo de 90% (correspondiente a los 90 mseg de período de medición y 10 mseg de período de bloqueo.) Sincronizar el barrido para asegurarse de que durante el período de medición, hay una sola barrido unidireccional del espejo de PZT-montado. </li><li> Utilice la señal de homodino para medir la varianza y luego inferir la fase de la cuadratura medido. </li></ol>

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Lett. 37, 3738-3740 (2012).</li><li>Ou, Z. Y., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Realization+of+the+Einstein-Podolski-Rosen+paradox+for+continuous+variables.">Realization of the Einstein-Podolski-Rosen paradox for continuous variables.</a> Phys. Rev. Lett. 68, 3663-3666 (1992).</li><li>Laurat, J., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> Type-II Optical Parametric Oscillator: a versatile source of quantum correlations and entanglement in Quantum information with continuous-variables of atoms and light. , (2005).</li><li>Laurat, J., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Compact+source+of+Einstein-Podolski-Rosen+entanglement+and+squeezing+at+very+low+noise+frequencies.">Compact source of Einstein-Podolski-Rosen entanglement and squeezing at very low noise frequencies.</a> Phys. Rev. A. 70, (2004).</li><li>D'Auria, V., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Full+characterization+of+Gaussian+bipartite+entangled+states+by+a+single+homodyne+detector.">Full characterization of Gaussian bipartite entangled states by a single homodyne detector.</a> Phys. Rev. Lett. 102, (2009).</li><li>Dakna, M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Generating+Schr&#246;dinger-cat-like+states+by+means+of+conditional+measurements+on+a+beam+splitter.">Generating Schr&#246;dinger-cat-like states by means of conditional measurements on a beam splitter.</a> Phys. Rev. A. 55, 3184-3194 (1997).</li><li>Gerrits, T., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Generation+of+optical+coherent-state+superpositions+by+number-resolved+photon+subtraction+from+the+squeezed+vacuum.">Generation of optical coherent-state superpositions by number-resolved photon subtraction from the squeezed vacuum.</a> Phys. Rev. A. 82, (2010).</li><li>Neergaard-Nielsen, J. S., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Generation+of+a+Superposition+of+Odd+Photon+Number+States+for+Quantum+Information+Networks.">Generation of a Superposition of Odd Photon Number States for Quantum Information Networks.</a> Phys. Rev. Lett. 97, (2006).</li><li>Wakui, K., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Photon+subtracted+squeezed+states+generated+with+periodically+poled+KTiOPO4.">Photon subtracted squeezed states generated with periodically poled KTiOPO4.</a> Opt. Express. 15, 3568-3574 (2007).</li><li>Kumar, R., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Versatile+wideband+balanced+detector+for+quantum+optical+homodyne+tomography.">Versatile wideband balanced detector for quantum optical homodyne tomography.</a> Optics Com. 285, 5259-5267 (2012).</li><li>Nielsen, A. E. B., M&#248;lmer, K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Single-photon-state+generation+from+a+continuous-wave+nondegenerate+optical+parametric+oscillator.">Single-photon-state generation from a continuous-wave nondegenerate optical parametric oscillator.</a> Phys. Rev. A. 75, (2007).</li><li>Morin, O., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Experimentally+accessing+the+optimal+temporal+mode+of+traveling+quantum+light+states.">Experimentally accessing the optimal temporal mode of traveling quantum light states.</a> Phys. Rev. Lett. 111, 213-602 (2013).</li><li>Lvovsky, A. I., Raymer, M. G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Continuous-variable+optical+quantum-state+tomography.">Continuous-variable optical quantum-state tomography.</a> Rev. Mod. Phys. 81, 299-332 (2009).</li><li>Marek, P., Fiurasek, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Elementary+gates+for+quantum+information+with+superposed+coherent+states.">Elementary gates for quantum information with superposed coherent states.</a> Phys. Rev. A. 82, (2010).</li><li>Morin, O., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Remote+creation+of+hybrid+entanglement+between+particle-like+and+wave-like+optical+qubits.">Remote creation of hybrid entanglement between particle-like and wave-like optical qubits.</a> Nat. Photonics. Eprint. , (2013).</li></ol>

Los autores declaran que no tienen intereses financieros en competencia.

La técnica de preparación condicional que se presenta aquí es siempre una interacción entre el recurso bipartita inicial y la medición realizada por el detector de heraldo. Estos dos componentes influyen fuertemente en las propiedades cuánticas de la situación generada. En primer lugar, la pureza de los estados preparados depende en gran medida de la del recurso inicial, por lo que se requiere una &quot;buena&quot; OPO. ¿Qué es un &quot;buen&quot; OPO? Se trata de un dispositivo par...

La capacidad de diseñar el estado cuántico de viajar campos ópticos es un requisito fundamental para la ciencia de la información cuántica y la tecnología 1, incluyendo la comunicación cuántica, computación y metrología. Aquí, se discute la preparación y caracterización de algunos estados cuánticos específicos utilizando como recurso principal la luz emitida por la onda continua osciladores paramétricos ópticos 3,4 operados por debajo del umbral. En concreto, dos sistemas serán consideradas - un OPO emparejado fase de tipo-II y un tipo-I OPO - permitiendo respectivamente la generación confiable de fotones individuales anunciadas y de superposiciones ópticos coherentes estatales (CSS), es decir, los estados de la forma | α &gt; - | α-&gt;. Estos estados son recursos importantes para la implementación de una variedad de protocolos de información cuántica, que van desde la computación cuántica óptica lineal de 6 a protocolos híbridos ópticos 5,7. Significativamente, el método de p<html> resentido aquí permite la obtención de una mezcla de bajo vacío y la emisión a un modo de espacio-temporal bien controlada. En términos generales, los estados cuánticos se pueden clasificar como estados Gaussianos y los estados no gaussiana de acuerdo con la forma de la distribución cuasi-probabilidad en el espacio de fase se llama la función de Wigner W (x, p) 8. Para los estados no gaussiana, la función de Wigner puede tomar valores negativos, una fuerte firma de la no-clasicismo. Único fotón o superposiciones estatales coherentes son de hecho los estados no Gaussianos. Un procedimiento eficaz para la generación de tales estados se conoce como la técnica de preparación condicional, donde un recurso gaussiana inicial se combina con una denominada medición no gaussiana como 9,10,11,12,13 recuento de fotones. Este esquema general, probabilístico sino anunciada, es esbozada en la Figura 1a. &quot;Fo: content-width =&quot; 5in &quot;fo: src =&quot; / files/ftp_upload/51224/51224fig1highres.jpg &quot;src =&quot; / files/ftp_upload/51224/51224fig1.jpg &quot;/&gt; Figura 1. (A) Esquema conceptual de la técnica de preparación condicional. (B) preparación condicional de estado de fotón único de pares de fotones polarizados ortogonalmente-OPO (tipo II) separó en un divisor de haz polarizante. (C) preparación condicional de una superposición estado coherente restando un solo fotón a partir de un estado de vacío exprimido (tipo I OPO). Mediante la medición de un modo de un estado entrelazado bipartito, el otro modo se proyecta en un estado que depende de esta medida, y que los recursos enredado inicial 12,13. ¿Cuáles son los recursos necesarios, y el detector anunciando necesaria para generar los estados antes mencionados? Estados de fotón único se pueden generar utilizando vigas dobles, es decir, de fotones número correlacionado vigas. La detección de una sola p-Hoton en un modo de entonces anuncia la generación de un único fotón en el otro modo de 9,10,14,15. Una frecuencia-degenerada de tipo II OPO 16,17,18,19 es de hecho una fuente muy adecuado para este propósito. Señal y locas fotones son fotones número correlacionados y emiten con polarizaciones ortogonales. La detección de un único fotón en un modo de polarización proyecta el otro en un estado de fotón único, como se muestra en la Figura 1b. En cuanto a superposiciones estatales coherentes, que pueden ser generados por restando un único fotón de un estado vacío comprimido 20 obtenida ya sea por paramétrico de un solo paso de impulsos de conversión descendente 11,21 o por una de tipo I OPO 22,23. La resta se realiza pulsando una pequeña fracción de la luz en un divisor de haz y la detección de un único fotón en este modo (Figura 1c). Un vacío comprimido es una superposición de estados de fotones incluso numéricas, restando así un plomos de fotón únicoa una superposición de estados de fotón-número impar, que tiene una alta fidelidad con una superposición lineal de dos estados coherentes de amplitud igual y pequeña. Por esta razón, el nombre de &quot;Schrödinger gatito&quot; a veces se le ha dado a este estado. El procedimiento general para la generación de estos estados es por lo tanto similar, pero difiere por la fuente de luz principal. Filtrado de la trayectoria y la detección de las técnicas que anuncia son los mismos sea cual sea el tipo de OPO utiliza. La presente serie de protocolos de detalle cómo generar estos dos estados no gaussiana de osciladores paramétricos ópticos de onda continua y cómo caracterizarlas con alta eficiencia.

<table border="0" cellpadding="0" cellspacing="0" width="623">
	<colgroup>
		<col />
		<col />
		<col />
		<col />
	</colgroup>
	<tbody>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:216px;">Pump laser</td>
			<td style="width:71px;">Innolight</td>
			<td style="width:119px;">Diabolo</td>
			<td style="width:217px;">Dual output, IR and 532 nm</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:216px;">KTP and PPKTP crystal</td>
			<td style="width:71px;">Raicol</td>
			<td style="width:119px;"></td>
			<td>Available from other vendors</td>
		</tr>
		<tr height="63">
			<td height="63" style="height:63px;width:216px;">Interferential filters</td>
			<td style="width:71px;">Barr associates</td>
			<td style="width:119px;"></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;width:216px;">High efficiency photodiodes</td>
			<td style="width:71px;">Fermionics</td>
			<td style="width:119px;"></td>
			<td>Quantum efficiency above 97%</td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;width:216px;">Oscilloscope&#160;</td>
			<td style="width:71px;">Lecroy</td>
			<td style="width:119px;">Wave runner 610 Zi</td>
			<td>Used for data acquisition</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:216px;">Spectrum analyser</td>
			<td style="width:71px;">Agilent</td>
			<td style="width:119px;">N9000A</td>
			<td>Available from other vendors</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:216px;">Faraday rotator</td>
			<td style="width:71px;">Qioptic</td>
			<td style="width:119px;">FR-1060-5SC</td>
			<td>Available from other vendors</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:216px;">PZT</td>
			<td style="width:71px;">PI</td>
			<td style="width:119px;">P-016.00H</td>
			<td>Available from other vendors</td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;width:216px;">Superconducting single-photon detectors</td>
			<td style="width:71px;">Scontel</td>
			<td style="width:119px;">SSPD</td>
			<td>low dark counts</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:216px;">Optical switch</td>
			<td style="width:71px;">Thorlabs</td>
			<td style="width:119px;">OSW12-980E</td>
			<td>Available from other vendors</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:216px;"></td>
			<td style="width:71px;"></td>
			<td style="width:119px;"></td>
			<td></td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

quantum state engineering of light with continuous-wave optical parametric oscillators

Ingeniería de los estados no clásicos del campo electromagnético es una búsqueda central de la óptica cuántica 1,2. Más allá de su importancia fundamental, tales estados son de hecho los recursos para la implementación de varios protocolos, que van desde mejorar la metrología para la comunicación cuántica y la computación. Una variedad de dispositivos se puede utilizar para generar estados no clásicos, como emisores individuales, interfaces luz-materia o sistemas no lineales 3. Nos centramos aquí en el uso de un oscilador paramétrico óptico de onda continua de 3,4. Este sistema está basado en un cristal de 2 χ no lineal insertado dentro de una cavidad óptica y es ahora bien conocido como una fuente muy eficiente de la luz no clásica, como en modo individual o de dos modos vacío comprimido dependiendo del cristal la adaptación de fase. Vacío comprimido es un estado de Gauss como sus distribuciones cuadratura siguen una estadística de Gauss. Sin embargo, se ha demostrado que el número de protocolos requieren no Gaussian dice 5. Generar directamente tales estados es una tarea difícil y requeriría fuerte χ 3 no linealidades. Otro procedimiento, probabilístico sino anunciada, consiste en utilizar un no-linealidad inducida medición a través de una técnica de preparación condicional empleados en estados Gaussianos. Aquí detallamos protocolo de esta generación de dos estados no gaussiana, el estado de fotón único y una superposición de estados coherentes, utilizando dos osciladores paramétricos diferente fase de concordancia como recursos primarios. Esta técnica permite la consecución de una alta fidelidad con el estado objetivo y la generación del estado en un modo de espacio-temporal bien controlada.

Para el OPO tipo II y la generación de alta fidelidad estado solo fotón: La reconstrucción tomográfica del estado anunciado se muestra en la Figura 2, donde se muestran los elementos de la diagonal de la matriz de densidad reconstruida y la función de Wigner correspondiente. Sin ningún tipo de correcciones de pérdida, el estado anunciada exhibe un componente de un solo fotón tan alta como 78%. Al tomar en cuenta las pérdidas de detección general (15%), el estado alcanza una fidelidad de...

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Quantum State Engineering of Light with Continuous-wave Optical Parametric Oscillators

Se describe la generación confiable de estados no gaussiana de viajar campos ópticos, incluidos los estados de fotón único y superposiciones estatales coherentes, utilizando un método de preparación condicional empleados en la luz no clásica emitida por osciladores paramétricos ópticos. Osciladores emparejados eliminación de tipo I y de tipo II son considerados y procedimientos comunes, como el filtrado de frecuencia requerida o la alta eficiencia caracterización estado cuántico por homodyning, se detallan.

Ingeniería de la Luz con la onda continua Optical Parametric Oscillators Estado Quantum

Engineering non-classical states of the electromagnetic field is a central quest for quantum optics1,2. Beyond their fundamental significance, such states ...

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14.4K vistas.  Université Pierre et Marie Curie, Ecole Normale Supérieure, CNRS.  Se describe la generación confiable de estados no gaussiana de viajar campos ópticos, incluidos los estados de fotón único y superposiciones estatales coherentes, utilizando un método de preparación condicional empleados en la luz no clásica emitida por osciladores paramétricos ópticos. Osciladores emparejados eliminación de tipo I y de tipo II son considerados y procedimientos comunes, como el filtrado de frecuencia requerida o la alta eficiencia caracterizaci...

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Quasi-light Storage for Optical Data Packets

Today's telecommunication is based on optical packets which transmit the information in optical fiber networks around the world. Currently, the processing of the signals is done in the electrical domain. Direct storage in the optical domain would avoid the transfer of the packets to the electrical and back to the optical domain in every network node and, therefore, increase the speed and possibly reduce the energy consumption of telecommunications. However, light consists of photons which propagate with the speed of light in vacuum. Thus, the storage of light is a big challenge. There exist some methods to slow down the speed of the light, or to store it in excitations of a medium. However, these methods cannot be used for the storage of optical data packets used in telecommunications networks. Here we show how the time-frequency-coherence, which holds for every signal and therefore for optical packets as well, can be exploited to build an optical memory. We will review the background and show in detail and through examples, how a frequency comb can be used for the copying of an optical packet which enters the memory. One of these time domain copies is then extracted from the memory by a time domain switch. We will show this method for intensity as well as for phase modulated signals.

The article describes a procedure to store optical data packets with an arbitrary modulation, wavelength, and data rate. These packets are the basis of modern telecommunications.

Almacenamiento cuasi-luz de los datos ópticos de paquetes

Today's telecommunication is based on optical packets which transmit the information in optical fiber networks around the world. Currently, the processing ...

Investigación

Ingeniería

Gradient Echo Quantum Memory in Warm Atomic Vapor

Gradient echo memory (GEM) is a protocol for storing optical quantum states of light in atomic ensembles. The primary motivation for such a technology is that quantum key distribution (QKD), which uses Heisenberg uncertainty to guarantee security of cryptographic keys, is limited in transmission distance. The development of a quantum repeater is a possible path to extend QKD range, but a repeater will need a quantum memory. In our experiments we use a gas of rubidium 87 vapor that is contained in a warm gas cell. This makes the scheme particularly simple. It is also a highly versatile scheme that enables in-memory refinement of the stored state, such as frequency shifting and bandwidth manipulation. The basis of the GEM protocol is to absorb the light into an ensemble of atoms that has been prepared in a magnetic field gradient. The reversal of this gradient leads to rephasing of the atomic polarization and thus recall of the stored optical state. We will outline how we prepare the atoms and this gradient and also describe some of the pitfalls that need to be avoided, in particular four-wave mixing, which can give rise to optical gain.

The gradient echo memory is a protocol for storing optical quantum states of light in atomic ensembles. Quantum memory is a key element of a quantum repeater, which can extend the range of quantum key distribution. We outline the operation of the scheme when implemented in a 3-level atomic ensemble.

Gradient Echo Memoria Quantum en Warm Atómica Vapor

Gradient  echo memory (GEM) is a protocol for storing optical quantum states of light in  atomic ensembles. The primary motivation for such a technology ...

Nanofabrication of Gate-defined GaAs/AlGaAs Lateral Quantum Dots

A quantum computer is a computer composed of quantum bits (qubits) that takes advantage of quantum effects, such as superposition of states and entanglement, to solve certain problems exponentially faster than with the best known algorithms on a classical computer. Gate-defined lateral quantum dots on GaAs/AlGaAs are one of many avenues explored for the implementation of a qubit. When properly fabricated, such a device is able to trap a small number of electrons in a certain region of space. The spin states of these electrons can then be used to implement the logical 0 and 1 of the quantum bit. Given the nanometer scale of these quantum dots, cleanroom facilities offering specialized equipment- such as scanning electron microscopes and e-beam evaporators- are required for their fabrication. Great care must be taken throughout the fabrication process to maintain cleanliness of the sample surface and to avoid damaging the fragile gates of the structure. This paper presents the detailed fabrication protocol of gate-defined lateral quantum dots from the wafer to a working device. Characterization methods and representative results are also briefly discussed. Although this paper concentrates on double quantum dots, the fabrication process remains the same for single or triple dots or even arrays of quantum dots. Moreover, the protocol can be adapted to fabricate lateral quantum dots on other substrates, such as Si/SiGe.

This paper presents a detailed fabrication protocol for gate-defined semiconductor lateral quantum dots on gallium arsenide heterostructures. These nanoscale devices are used to trap few electrons for use as quantum bits in quantum information processing or for other mesoscopic experiments such as coherent conductance measurements.

Nanofabrication de Puerta definidos GaAs / AlGaAs laterales puntos cuánticos

A quantum computer is a computer composed of quantum bits (qubits) that takes advantage of quantum effects, such as superposition of states and ...

Fabrication and Characterization of Disordered Polymer Optical Fibers for Transverse Anderson Localization of Light

We develop and characterize a disordered polymer optical fiber that uses transverse Anderson localization as a novel waveguiding mechanism. The developed polymer optical fiber is composed of 80,000 strands of poly (methyl methacrylate) (PMMA) and polystyrene (PS) that are randomly mixed and drawn into a square cross section optical fiber with a side width of 250 &mu;m. Initially, each strand is 200 &mu;m in diameter and 8-inches long. During the mixing process of the original fiber strands, the fibers cross over each other; however, a large draw ratio guarantees that the refractive index profile is invariant along the length of the fiber for several tens of centimeters. The large refractive index difference of 0.1 between the disordered sites results in a small localized beam radius that is comparable to the beam radius of conventional optical fibers. The input light is launched from a standard single mode optical fiber using the butt-coupling method and the near-field output beam from the disordered fiber is imaged using a 40X objective and a CCD camera. The output beam diameter agrees well with the expected results from the numerical simulations. The disordered optical fiber presented in this work is the first device-level implementation of 2D Anderson localization, and can potentially be used for image transport and short-haul optical communication systems.

We develop and characterize a disordered polymer optical fiber that uses transverse Anderson localization as a novel waveguiding mechanism. This microstructured fiber can transport a small localized beam with a radius that is comparable to the beam radius of conventional optical fibers.

Fabricación y Caracterización de Polímeros desordenados Fibras ópticas para Transversal Anderson Localización de Luz

We develop and characterize a disordered polymer optical fiber that uses transverse Anderson localization as a novel waveguiding mechanism. The developed ...

Fabrication of Uniform Nanoscale Cavities via Silicon Direct Wafer Bonding

Measurements of the heat capacity and superfluid fraction of confined 4He have been performed near the lambda transition using lithographically patterned and bonded silicon wafers. Unlike confinements in porous materials often used for these types of experiments3, bonded wafers provide predesigned uniform spaces for confinement. The geometry of each cell is well known, which removes a large source of ambiguity in the interpretation of data.
Exceptionally flat, 5 cm diameter, 375 &#181;m thick Si wafers with about 1 &#181;m variation over the entire wafer can be obtained commercially (from Semiconductor Processing Company, for example). Thermal oxide is grown on the wafers to define the confinement dimension in the z-direction. A pattern is then etched in the oxide using lithographic techniques so as to create a desired enclosure upon bonding. A hole is drilled in one of the wafers (the top) to allow for the introduction of the liquid to be measured. The wafers are cleaned2 in RCA solutions and then put in a microclean chamber where they are rinsed with deionized water4. The wafers are bonded at RT and then annealed at ~1,100 &#176;C. This forms a strong and permanent bond. This process can be used to make uniform enclosures for measuring thermal and hydrodynamic properties of confined liquids from the nanometer to the micrometer scale.

A method for permanently bonding two silicon wafers so as to realize a uniform enclosure is described. This includes wafer preparation, cleaning, RT bonding, and annealing processes. The resulting bonded wafers (cells) have uniformity of enclosure ~1%1,2. The resulting geometry allows for measurements of confined liquids and gasses.

Fabricación De Cavidades Uniformes A Nanoescala A Través De La Unión Directa De Obleas De Silicio

Measurements of the heat capacity and superfluid fraction of confined 4He have been performed near the lambda transition using lithographically patterned ...

Construction and Characterization of External Cavity Diode Lasers for Atomic Physics

Since their development in the late 1980s, cheap, reliable external cavity diode lasers (ECDLs) have replaced complex and expensive traditional dye and Titanium Sapphire lasers as the workhorse laser of atomic physics labs1,2. Their versatility and prolific use throughout atomic physics in applications such as absorption spectroscopy and laser cooling1,2 makes it imperative for incoming students to gain a firm practical understanding of these lasers. This publication builds upon the seminal work by Wieman3, updating components, and providing a video tutorial. The setup, frequency locking and performance characterization of an ECDL will be described. Discussion of component selection and proper mounting of both diodes and gratings, the factors affecting mode selection within the cavity, proper alignment for optimal external feedback, optics setup for coarse and fine frequency sensitive measurements, a brief overview of laser locking techniques, and laser linewidth measurements are included.

This is an instructional paper to guide the construction and diagnostics of external cavity diode lasers (ECDLs), including component selection and optical alignment, as well as the basics of frequency reference spectroscopy and laser linewidth measurements for applications in the field of atomic physics.

Construcción y caracterización de Exteriores Cavidad diodo láser de Física Atómica

Since their development in the late 1980s, cheap, reliable external cavity diode lasers (ECDLs) have replaced complex and expensive traditional dye and ...

Fabrication and Testing of Microfluidic Optomechanical Oscillators

Cavity optomechanics experiments that parametrically couple the phonon modes and photon modes have been investigated in various optical systems including microresonators. However, because of the increased acoustic radiative losses during direct liquid immersion of optomechanical devices, almost all published optomechanical experiments have been performed in solid phase. This paper discusses a recently introduced hollow microfluidic optomechanical resonator. Detailed methodology is provided to fabricate these ultra-high-Q microfluidic resonators, perform optomechanical testing, and measure radiation pressure-driven breathing mode and SBS-driven whispering gallery mode parametric vibrations. By confining liquids inside the capillary resonator, high mechanical- and optical- quality factors are simultaneously maintained.

Parametric optomechanical excitations have recently been experimentally demonstrated in microfluidic optomechanical resonators by means of optical radiation pressure and stimulated Brillouin scattering. This paper describes the fabrication of these microfluidic resonators along with methodologies for generating and verifying optomechanical oscillations.

Fabricación y Pruebas de microfluidos optomecánicos Osciladores

Cavity optomechanics experiments that parametrically couple the phonon modes and photon modes have been investigated in various optical systems including ...

Selective Area Modification of Silicon Surface Wettability by Pulsed UV Laser Irradiation in Liquid Environment

The wettability of silicon (Si) is one of the important parameters in the technology of surface functionalization of this material and fabrication of biosensing devices. We report on a protocol of using KrF and ArF lasers irradiating Si (001) samples immersed in a liquid environment with low number of pulses and operating at moderately low pulse fluences to induce Si wettability modification. Wafers immersed for up to 4 hr in a 0.01% H2O2/H2O solution did not show measurable change in their initial contact angle (CA) ~75&#176;. However, the 500-pulse KrF and ArF lasers irradiation of such wafers in a microchamber filled with 0.01% H2O2/H2O solution at 250 and 65 mJ/cm2, respectively, has decreased the CA to near 15&#176;, indicating the formation of a superhydrophilic surface. The formation of OH-terminated Si (001), with no measurable change of the wafer&#8217;s surface morphology, has been confirmed by X-ray photoelectron spectroscopy and atomic force microscopy measurements. The selective area irradiated samples were then immersed in a biotin-conjugated fluorescein-stained nanospheres solution for 2 hr, resulting in a successful immobilization of the nanospheres in the non-irradiated area. This illustrates the potential of&#160;the method for selective area biofunctionalization and fabrication of advanced Si-based biosensing architectures. We also describe a similar protocol of irradiation of wafers immersed in methanol (CH3OH) using ArF laser operating at pulse fluence of 65 mJ/cm2 and in situ formation of a strongly hydrophobic surface of Si (001) with the CA of 103&#176;. The XPS results indicate ArF laser induced formation of Si&#8211;(OCH3)x compounds responsible for the observed hydrophobicity. However, no such compounds were found by XPS on the Si surface irradiated by KrF laser in methanol, demonstrating the inability of the KrF laser to photodissociate methanol and create -OCH3 radicals.

We report on a process of in situ alteration of HF treated Si (001) surface into a hydrophilic or hydrophobic state by irradiating samples in microfluidic chambers filled with&#160;H2O2/H2O solution (0.01%-0.5%) or methanol solutions using pulsed UV laser of a relative low pulse fluence.

Área selectivo Modificación de humectabilidad de la superficie del silicio por pulsos láser UV irradiación en Ambiente Líquido

The wettability of silicon (Si) is one of the important parameters in the technology of surface functionalization of this material and fabrication of ...

Fabrication of White Light-emitting Electrochemical Cells with Stable Emission from Exciplexes

The authors present an approach for fabricating stable white light emission from polymer light-emitting electrochemical cells (PLECs) having an active layer which consists of blue-fluorescent poly(9,9-di-n-dodecylfluorenyl-2,7-diyl) (PFD) and &#960;-conjugated triphenylamine molecules. This white light emission originates from exciplexes formed between PFD and amines in electronically excited states. A device containing PFD, 4,4&#39;,4&#39;&#39;-tris[2-naphthyl(phenyl)amino]triphenylamine (2-TNATA), Poly(ethylene oxide) and K2CF3SO3 showed white light emission with Commission internationale de l&#39;&#233;clairage (CIE) coordinates of (0.33, 0.43) and a Color Rendering Index (CRI) of Ra = 73 at an applied voltage of 3.5 V. Constant voltage measurements showed that the CIE coordinates of (0.27, 0.37), Ra of 67, and the emission color observed immediately after application of a voltage of 5 V were nearly unchanged and stable after 300 sec.

The authors present a method for fabricating stable white-light-emitting electrochemical cells utilizing emission from exciplexes formed between a blue-emitting fluorene polymer and aromatic amines.

La fabricación de la luz blanca de emisores de celdas electroquímicas con emisión estable de exciplejos

The authors present an approach for fabricating stable white light emission from polymer light-emitting electrochemical cells (PLECs) having an active ...

Scanning Light Scattering Profiler (SLPS) Based Methodology to Quantitatively Evaluate Forward and Backward Light Scattering from Intraocular Lenses

The scanning light scattering profiler (SLSP) methodology has been developed for the full-angle quantitative evaluation of forward and backward light scattering from intraocular lenses (IOLs) using goniophotometer principles. This protocol describes the SLSP platform and how it employs a 360&#176; rotational photodetector sensor that is scanned around an IOL sample while recording the intensity and location of scattered light as it passes through the IOL medium. The SLSP platform can be used to predict, non-clinically, the propensity for current and novel IOL designs and materials to induce light scatter. Non-clinical evaluation of light scattering properties of IOLs can significantly reduce the number of patient complaints related to unwanted glare, glistening, optical defects, poor image quality, and other phenomena associated with the unintended light scattering. Future studies should be conducted to correlate SLSP data with clinical results to help identify which measured light scatter is most problematic for patients that have undergone cataract surgery subsequent to IOL implantation.

Scanning Light Scattering Profiler SLPS Based Methodology to Quantitatively Evaluate Forward and Backward Light Scattering from Intraocular Lenses

This protocol describes the scanning light scattering profiler (SLSP) that enables the full-angle quantitative evaluation of forward and backward scattering of light from intraocular lenses (IOLs) using goniophotometer principles.

Metodología basada en el perfilador de dispersión de luz de barrido (SLPS) para evaluar cuantitativamente la dispersión de luz hacia delante y hacia atrás desde lentes intraoculares

The scanning light scattering profiler (SLSP) methodology has been developed for the full-angle quantitative evaluation of forward and backward light ...