Este trabalho foi realizado em parte na Ciência e Tecnologia nanoescala Facility Universidade de Cornell, um membro da Infraestrutura de Rede Nacional de Nanotecnologia, que é apoiado pela National Science Foundation (Grant ECCS-1542081). Nós reconhecemos o apoio para este trabalho do Laboratório de Pesquisa da Força Aérea (AFRL). Este material é baseado em trabalho parcialmente financiado pela National Science Foundation sob Award No. ECCS14052481.

NOTA: Este protocolo assume que o chip fotônico já foi fabricado. O chip descrito aqui (mostrados na Figura 1A) foi fabricado nas instalações de Cornell University nanoescala Science &amp; Technology utilizando técnicas de processamento de silício padrão para dispositivos fotónicas 11. Estes incluem a utilização de bolachas de silício sobre isolante (composto por uma camada de silício de 220 nm de espessura, uma camada de 3? M de dióxido de silício, e um substrato de silício de 525 um de espessura), a litografia por feixe de electrões para definir as guias de ondas de tira (500 nm de largura-), e a deposição de vapor químico melhorado por plasma do revestimento de dióxido de silício (~ 3 m de espessura). Os ressonadores de micro-anel foram concebidos com um raio interno de 18,5 um e uma diferença de guia de onda-a-anel de 150 nm. Figuras de mérito para este dispositivo incluem a perda, o factor de qualidade, faixa espectral livre, e de dispersão. 1. Photonic Chip Preparação <ol><li> Coloque uma pequena amount de cera em uma montagem de polimento transversal de seccionamento e aquecê-lo até ~ 130 ° C. NOTA: A quantidade de cera a ser utilizada depende do tamanho da amostra a ser montado. Deve haver suficiente cera para manter o chip imóvel, enquanto muito vai resultar em cera sobre as facetas de chips. </li><li> Colocar o chip fotónica na porção do polimento de montagem com a cera. Certifique-se de que a cera é derretida completamente para que o chip é plana contra o monte. Utilizar uma pinça de plástico durante o manuseamento do chip para evitar danificar as facetas. </li><li> Permitir que a montagem se arrefecer no ar ambiente de modo que as solidifica cera. Arrefecimento mais rápido do que isso pode resultar em danos para o chip. </li><li> Polir as facetas de chips. NOTA: É importante escolher o bloco de lapidação correta, começando com uma almofada que é muito agressivo pode resultar em polimento afastado mais do chip do que o desejado. <ol><li> Fixe o suporte de polimento para o polidor e polonês por apenas alguns segundos. Uma almofada com uma rugosidade de 3 mícrons tem mostrado serum bom ponto de partida para chips de silício com comprimentos faceta de ~ 1 cm. </li><li> Remova a montagem polimento e inspecionar a faceta chip para determinar como o nível do chip está montado. NOTA: Um microscópio é útil para medir a distância entre as extremidades das guias de ondas e a faceta do chip. Estas medidas permitem que seja o ângulo entre a faceta e a guia de onda para ser determinada. </li><li> Fazer os ajustes necessários para os micrômetros sobre o polidor, a fim de melhorar o nivelamento do chip. </li><li> Repetir os passos 1.4.1-1.4.3 até a faceta do chip e os guias de ondas estão dentro de 0,15 ° de ser ortogonais entre si. </li><li> Polonês o chip em passos de ~ 50? M, inspeccionar o chip entre cada passo de controlar a distância restante, até que haja ~ 100? M esquerda para polir. Se em qualquer ponto do revestimento parece ser delaminação da superfície, garantir que o bloco está a rodar, de modo a polonês a partir do topo do chip para o fundo. NOTA: Pode também ajudar a usar um lubrificante de polimento em vez de água. Este delaminação é um resultado de stress no revestimento e é uma indicação de que o processo de fabricação tem de ser optimizada. </li><li> Mudar a uma almofada de polimento 1-m e polonês até que haja ~ 20 um remanescente. </li><li> Mudar para um bloco de 0,5 mícrons e continuar polimento durante mais 15? M. </li><li> Utilizar uma almofada de 0,1 mícrons para o final 5? M para assegurar uma faceta suave. Imagens do microscópio da faceta de um chip de silício fotónica antes e após o polimento são mostrados na Figura 2. </li></ol></li><li> Aquece-se a montagem com o chip ligado a ~ 130 ° C, para permitir que a cera derreter. </li><li> Uma vez que a cera está completamente fundido, remover o chip do monte e deixá-lo arrefecer lentamente. </li><li> Limpar qualquer da cera remanescente a partir do chip usando acetona, isopropanol, e água. </li></ol> 2. Preparação de fibra Cachos <ol><li> Tira qualquer tampão ou revestimento from a extremidade de uma fibra monomodo (SMF) e rabo de porco a partir de uma extremidade de uma fibra ultra-elevada abertura numérica (Uhna). </li><li> Limpar as extremidades nuas das fibras com uma mistura de acetona e metanol. </li><li> Clivar as extremidades nuas de ambas as fibras com um cutelo de fibra comercial. </li><li> Fusão splice final clivado das fibras. Uma receita para o splicing SMF para fibra Uhna é mostrada na Tabela 1. </li><li> Deslize uma luva protetora sobre a emenda e colocá-lo no forno manga para anexá-lo permanentemente para a fibra. </li><li> Repita os passos de 2,1-2,5 para preparar um total de três fibras. </li></ol> 3. Configuração do Setup Testing NOTA: Um diagrama da configuração de teste é mostrado na Figura 1B. A montagem para o chip é um pedestal de cobre que se encontra em contacto com um refrigerador de termo-eléctrico (TCE). Há um microscópio equipado com ambos os (IR) câmaras visíveis e de infravermelhos para a visualização do chip fotónica. <ol><li> Lugar, colocaruma pequena quantidade de cera sobre o chip de montar e aplicar tensão ao TCE para fundir a cera. </li><li> Coloque o chip na cera derretida, garantindo que ele está sentado plana no monte. </li><li> Remover a tensão da TEC e permitir a montagem e chip para esfriar lentamente. </li><li> Anexar cada uma das fibras de splicing para uma fibra de v-ranhura com fita de poliimida e montar um único v-ranhura para cada uma das fases de 3 eixos utilizando o equipamento de montagem fornecido pelo fabricante. </li><li> acoplamento extremidade de fibra. <ol><li> Ligar os três fibras para os seus respectivos componentes: um para a saída óptica do laser e os outros dois para medidores de energia óptica. </li><li> Ajuste o microscópio para que ele está focado no chip, onde as guias de onda alcançar a borda. </li><li> Posicionar as fibras perto da borda chip de modo a que eles estão na visão da câmara visível e ajustar as suas alturas de modo a que o núcleo de cada fibra está em foco. </li><li> Ajustar a posição horizontal das fibras com o micromete fasers para que sejam alinhados com as guias de onda. </li><li> Ligar a saída óptica do laser e ajustar as posições horizontais e verticais micrómetro da fibra de entrada até que a luz é acoplamento na guia de onda. Isso irá aparecer na câmara de infravermelhos como dispersão ao longo do guia de onda de entrada. </li><li> Ajustar o comprimento de onda do laser para um ponto em que o ressonador micro-anel é iluminada na câmara. Isto indica que a condição de ressonância está sendo satisfeita e que a luz está atingindo as guias de onda de saída. </li><li> Ajustar as posições horizontais e verticais micrómetro das fibras de saída até que haja uma quantidade mensurável de luz que se estende desde os guias de ondas para os contadores de energia. </li><li> Maximizar a energia para ambos os detectores, manipulando as posições micrómetro horizontais e verticais das três fibras. </li><li> Além disso maximizar a energia para os detectores, fazendo ajustes finos para as posições horizontais e verticais de fibra usando o controll piezoers. </li><li> Com os controladores piezo para mover as fibras ligeiramente mais estreitas para o chip. Certifique-se não usar os micrômetros para empurrar as fibras no chip, pois isso provavelmente irá danificar as extremidades clivados das fibras. </li><li> Repita os passos 3.5.9 e 3.5.10 até que as fibras estejam firmemente pressionado contra os lados do chip. NOTA: luz dispersa em excesso a partir das guias de onda, juntamente com a guia de onda de transmissão pobre, pode ser uma indicação de defeitos de guia de onda. Estes podem incluir, mas não estão limitados a, locais de defeitos de material fronteiras, costura, e rugosidade da guia de onda excessiva. </li></ol></li><li> Colocar um controlador de polarização à base de fibras entre o laser e o chip. Isso permite um controle do estado de polarização que o torna ao chip. Os guias de onda, sendo mais larga do que eles são altos, ajuda a minimizar qualquer rotação de polarização on-chip. </li><li> Caracterização dispersão. <ol><li> Sintonize a polarização da saída do laser para maximizar o acoplamento<html> o chip. Este dispositivo foi concebido para-eléctrica transversal (TE) de polarização e, como tal, o (TM) de polarização transversal-magnético tem uma perda muito maior. </li><li> Digitalizar um laser sintonizável através da gama de comprimentos de onda de interesse (1.510 nm a 1600 nm, neste caso) e monitorizar os medidores de energia. Quaisquer sinais espúrios na espectros de transmissão são provavelmente devido a uma combinação do componente de TM dos efeitos de polarização e etalon de interface fibra-chip. </li><li> Localize os comprimentos de onda de ressonância no espectro e também extrair a largura de banda de cada ressonância. Este chip especial, teve larguras de banda tão pequenas quanto 65 horas, o que se traduz em fatores de qualidade (Q) de até 23.000. </li><li> Determinar a gama espectral livre (FSR), a separação entre ressonâncias, para cada par adjacente de ressonâncias. Este dispositivo em particular tinha uma FSR de ~ 5 nm. </li><li> Calcular o índice do grupo (n g) do modo guiado para cada valor da FSR usando a seguinte equação: n 5&quot; src = &quot;/ files / ftp_upload / 55257 / 55257eq5.jpg&quot; /&gt; onde λ é o comprimento de onda e o símbolo r representa o raio do dispositivo de ressonância de micro-anel. A equação acima é uma aproximação de primeira ordem do índice do grupo. </li><li> Usar a largura de banda de cada ressonância para determinar uma largura (? N g) associado com cada valor do índice do grupo. </li><li> Escolha os comprimentos de onda para os dois lasers de bomba tais que coincidam com ressonâncias no espectro e têm um número ímpar de ressonâncias entre eles (Figura 1C). </li><li> Determinar o comprimento de onda dos bi-fotões degenerados usando a seguinte equação: <img alt="equação 6" src="/files/ftp_upload/55257/55257eq6.jpg" /> onde λ bomba 1 e λ bomba 2 são os comprimentos de onda dos fotões da bomba. </li><li> Adicionar uma linha horizontal na trama de índice do grupo contra comprimento de onda que se estende entre os dois comprimentos de onda de bomba (figura 3). Se é possível para a line de se sentar no interior n g ± Δ n g em todos os três comprimentos de onda de interesse, simultaneamente, a condição de correspondência de fase é satisfeito e fotões pode ser gerado através SFWM. Se não for possível, tente escolher comprimentos de onda de bombas que estão mais próximos juntos e verifique novamente. </li></ol></li><li> Adicionar uma segunda fonte de laser sintonizável e controlador de polarização para a configuração e combinar as saídas ópticas de ambos os lasers com um combinador de fibra 1 x 2. </li><li> Adicionar uma série de filtros de entalhe de fibra óptica (suficiente deles atingir ~ 120 dB de atenuação) imediatamente antes de o chip. NOTA: Os filtros permitem que ambos os comprimentos de onda da bomba para passar, mas rejeitam o comprimento de onda bi-fóton. Eles ajudam a remover o excesso de ruído (isto é, de banda larga de difusão Raman na fibra óptica) antes do acoplamento ao chip. O espectro de filtro é mostrada na Figura 1B. </li><li> Adicionar uma série de filtros de banda-base de fibras (um número suficiente para atingir ~ 150 dB de atenuação)imediatamente após o chip. NOTA: Os filtros devem ser grande o suficiente para permitir que os bi-fótons para passar, mas estreito o suficiente para rejeitar os fótons da bomba. Dois conjuntos de estes são necessários, um conjunto para cada saída. O espectro de filtro é mostrada na Figura 1B. </li><li> Enviar os fótons rejeitados de cada conjunto de filtros para separar medidores de energia. NOTA: Estes medidores de energia são usados ​​para monitorar o acoplamento óptico para o chip e também pode ser usado para determinar se os lasers da bomba são remanescentes na ressonância. </li><li> Ligue a saída óptico individual a partir de cada conjunto de filtros a partir de fibras para um único detector de fotões (SPD) e ligue as duas saídas de sinais eléctricos a partir dos DUP para um dispositivo de correlação coincidência. </li><li> Atravessar um par de sondas de tungsténio e definir as pontas para baixo sobre uma das pernas em espiral (~ 1 mm de comprimento) do MZI. </li><li> Ligar uma fonte de alimentação para as duas sondas cruzadas de tal modo que geram calor quando a tensão é aplicada. Isto irá actuar como fase-shifter para tele MZI. NOTA: Veja a discussão para uma descrição do método mais padronizado para a sintonia térmica de dispositivos fotônicos. </li></ol> 4. Medição de dois fótons Interferência <ol><li> Tune ambos os lasers bomba para os comprimentos de onda escolhidos. Use os medidores de energia que estão monitorando os fótons bomba rejeitados para garantir que ambos os lasers são ajustados para as ressonâncias. Quando os lasers são devidamente sintonizado para as ressonâncias desejados, o sinal de rejeitado a partir do filtro pode ser maximizada. </li><li> Definir a potência óptica de cada laser para -3 dBm. NOTA: Isto irá resultar em &lt;100 mW no chip. É importante manter a potência da bomba esta baixa, a fim de minimizar a perda de (a partir de absorção de multi-fotão e isento de transportador de absorção) e manter a estabilidade (por minimizar mudanças térmicas induzidas pela luz). junções PN pode ser usado para remover os transportadores de guia de onda para melhor acomodar potências mais altas de bomba. </li><li> Monitorar as contagens de coincidência (Sincronizaçãonous individuais através de duas portas) por integração ao longo de ~ 220 ps sobre o pico dos dados. Um tempo de integração suficientes quando passou um mínimo de 100 contagens de coincidência foram recolhidos. Nota: A janela de integração deve ser grande o suficiente para dar conta da oscilação temporal dos DOCUP. </li><li> Definir a fonte de alimentação para a fase-shifter para a tensão inicial (por exemplo, 0 V). </li><li> Digitalizar um dos lasers ajustáveis ​​em toda a faixa de comprimento de onda e usar os medidores de energia que estão coletando os fótons bomba rejeitados para confirmar a localização das ressonâncias de interesse. Definir os lasers de bomba para os comprimentos de onda correspondentes às ressonâncias desejados. Nota: É importante para completar este passo a cada vez que a tensão shifter fase é alterado conforme a sintonia térmica pode resultar em pequenas mudanças nos comprimentos de onda ressonante. </li><li> Recolher os dados resultantes (contagem de fot ico, bem como as contagens de coincidência) a partir do dispositivo de correlação para a coincidência previamente escolhidotempo de integração. Aqui, um tempo de integração de 90 s foi escolhido com uma resolução de temporização de 32 ps. </li><li> Aumentar a tensão aplicada à fase-shifter por 5 mV. </li><li> Repita os passos 4,4-4,6 até que os dados foram recolhidos para a gama desejada de tensões. NOTA: A tensão máxima foi limitada a 2,4 V, devido à rápida degradação das sondas acima esta tensão. </li><li> Integrar os picos de coincidência para cada voltagem da fonte de alimentação ao longo de ~ 220 ps para determinar o número total de coincidências (Figura 4). </li><li> Integrar mais de 320 ns longe do pico de coincidência para se obter as coincidências acidentais. Use este resultado para calcular o número de acidentes no pico coincidência. </li><li> Coloque os solteiros contagens de cada detector com a seguinte função de seno modificada: <img alt="equação 7" src="/files/ftp_upload/55257/55257eq7.jpg" /> onde A, B, C, D, E, e F são os parâmetros de ajuste. Este ajuste é necessário devido ao relationsh não-linearIP entre a tensão e a mudança térmica induzida (fase relativa). </li><li> Converter a variável independente a fase relativa para todos os três conjuntos de dados (as contagens individuais de cada detector e as contagens de coincidência) com a seguinte equação: <img alt="equação 8" src="/files/ftp_upload/55257/55257eq8.jpg" /> em que B, C, D, e E são os parâmetros de ajuste do passo 4.11. Esta conversão é possível devido à função de transferência sinusoidal bem conhecido de um MZI 12. </li><li> Ajustar os dados de coincidência (com a fase relativa como a variável independente) com a seguinte função de seno: <img alt="equação 9" src="/files/ftp_upload/55257/55257eq9.jpg" /> em que A e B são os parâmetros de ajuste. </li><li> Calcular a visibilidade de cada padrão de interferência com a seguinte equação: <img alt="equação 10" src="/files/ftp_upload/55257/55257eq10.jpg" /> onde ƒ (θ) max e ƒ ( <em&gt; θ) min são os valores máximos e mínimos de ƒ (θ), respectivamente. A visibilidade de 1 corresponde a um padrão de interferência perfeito. </li></ol>

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Não temos nada a divulgar.

Há vários desafios para o campo da fotônica integrada para superar a fim de que sistemas complexos e escaláveis ​​de dispositivos fotônicos para ser viável. Estes incluem, mas não estão limitados a: tolerâncias apertadas de fabricação, o isolamento de instabilidades ambientais e minimização de todas as formas de perda. Não há passos críticos no protocolo anteriormente referido, que ajudam a minimizar a perda de dispositivos fotónicas. Um dos requisitos mais importantes p...

Silicon está mostrando uma grande promessa como uma plataforma de fotônica para o processamento de informação quântica 1, 2, 3, 4, 5. Um dos componentes vitais de circuitos fotônicos quântica é a fonte de fótons. Fontes de fotões de par têm sido desenvolvidos a partir de silício sob a forma de ressoadores de micro-anel feito através de um processo não-linear de terceira ordem, espontânea de mistura de quatro ondas (SFWM) 6, 7, 8. Essas fontes são capazes de produzir pares de fotões indistinguíveis, que são ideais para experiências que envolvem fotão emaranhamento 9. É importante notar que o anel de fontes ressonador pode operar com tanto no sentido horário e anti-horário de propagação, e as duas direcções de propagação diferentes são genereunir independentes um do outro. Isto permite um único anel de funcionar como duas fontes. Quando bombeamento óptico de ambas as direções, estas fontes gerar o seguinte estado emaranhado: <img alt="equação 1" src="/files/ftp_upload/55257/55257eq1.jpg" /> Onde <img alt="equação 2" src="/files/ftp_upload/55257/55257eq2.jpg" /> e <img alt="equação 3" src="/files/ftp_upload/55257/55257eq3.jpg" /> são os operadores de criação independentes para bi-fótons clockwise- e anti-propagação, respectivamente. Esta é uma forma muito conveniente de estado entrelaçado conhecido como um estado N00N (N = 2) 10. Passando este estado através de um interferómetro no chip de Mach-Zehnder (MZI) resulta no estado: <img alt="equação 4" src="/files/ftp_upload/55257/55257eq4.jpg" /> Este estado oscila entre máxima coincidência e de zero a duas vezes coincidênciaa frequência de interferência clássica num MZI, dobrando a sensibilidade do interferómetro 10. Aqui, apresentamos o procedimento utilizado para testar uma fonte de fótons integrado tal e dispositivo MZI.

<table border="0" cellpadding="0" cellspacing="0" width="781">
	<colgroup>
		<col />
		<col />
		<col />
		<col />
	</colgroup>
	<tbody>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:339px;">3-Axis NanoMax Flexure Stage</td>
			<td style="width:149px;">Thorlabs</td>
			<td style="width:127px;">MAX312D</td>
			<td style="width:167px;">Precision 3-axis stages</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:339px;">Three Channel Piezo Controller</td>
			<td style="width:149px;">Thorlabs</td>
			<td style="width:127px;">MDT693B</td>
			<td>Piezo controllers for NanoMax stages</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">Fiber Polarization Controller</td>
			<td style="width:149px;">Thorlabs</td>
			<td style="width:127px;">FPC562</td>
			<td>3-Paddle fiber-based polarization controller</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">Fiber Cleaver</td>
			<td style="width:149px;">Thorlabs</td>
			<td style="width:127px;">XL411</td>
			<td>Fiber cleaver</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">Standard V-Groove Fiber Holder</td>
			<td style="width:149px;">Thorlabs</td>
			<td style="width:127px;">HFV001</td>
			<td>standard v-groove mount</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">Tapered V-Groove Fiber Holder</td>
			<td style="width:149px;">Thorlabs</td>
			<td style="width:127px;">HFV002</td>
			<td>tapered v-groove mount</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">Right-Angle Top Plate for NanoMax Stage</td>
			<td style="width:149px;">Thorlabs</td>
			<td style="width:127px;">AMA011</td>
			<td>right-angle bracket</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">50:50 Fiber Optic Coupler</td>
			<td style="width:149px;">Thorlabs</td>
			<td style="width:127px;">TW1550R5F1</td>
			<td>50/50 combiner</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:339px;">Optical Fiber Fusion Splicer</td>
			<td style="width:149px;">Fujikura</td>
			<td style="width:127px;">FSM-40S</td>
			<td>Fusion splicer</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:339px;">MultiPrep Polishing System - 8&#34;</td>
			<td style="width:149px;">Allied High Tech</td>
			<td style="width:127px;">15-2100</td>
			<td>Chip polisher</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:339px;">Cross-Sectioning Paddle with Reference Edge</td>
			<td style="width:149px;">Allied High Tech</td>
			<td style="width:127px;">15-1010-RE</td>
			<td>Polishing mount</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:339px;">Lightwave Measurement System</td>
			<td style="width:149px;">Keysight</td>
			<td style="width:127px;">8164B</td>
			<td>Mainframe for tunable laser</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:339px;">Tunable Laser Source</td>
			<td style="width:149px;">Keysight</td>
			<td style="width:127px;">81606A</td>
			<td>Tunable laser</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:339px;">Optical Power Sensor</td>
			<td style="width:149px;">Keysight</td>
			<td style="width:127px;">81634B</td>
			<td>Power meter</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:339px;">NIR Single Photon Detector</td>
			<td style="width:149px;">ID Quantique</td>
			<td style="width:127px;">ID210</td>
			<td>Single photon detectors</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:339px;">NIR Single Photon Detector</td>
			<td style="width:149px;">ID Quantique</td>
			<td style="width:127px;">ID230</td>
			<td>Low noise, free-running single photon detectors</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:339px;">PicoHarp</td>
			<td style="width:149px;">PicoQuant</td>
			<td style="width:127px;">PicoHarp 300</td>
			<td>Time-correlated single photon counting</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:339px;">WiDy SWIR InGaAs Camera</td>
			<td style="width:149px;">NIT</td>
			<td style="width:127px;">640U-S</td>
			<td>IR Camera</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:339px;">WDM Bandpass Filter</td>
			<td style="width:149px;">JDS Uniphase</td>
			<td style="width:127px;">30055053-368-2.2</td>
			<td>pump cleanup filters</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:339px;">WDM Bandpass Filter</td>
			<td style="width:149px;">JDS Uniphase</td>
			<td style="width:127px;">1011787-012</td>
			<td>pump rejection filters</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:339px;">Ultra-High Numerical Aperture Fiber</td>
			<td style="width:149px;">Nufern</td>
			<td style="width:127px;">UHNA-7</td>
			<td>high index fiber</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:339px;">Ultra Optical Single Mode Fiber</td>
			<td style="width:149px;">Corning</td>
			<td style="width:127px;">SMF-28</td>
			<td>standard single mode fiber</td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

measurement of quantum interference in a silicon ring resonator photon source

Silicon chips fotônicos têm o potencial para realizar circuitos quânticos integrados complexos de processamento de informações, incluindo fontes de fótons, manipulação qubit, e detectores de fóton único integrados. Aqui, apresentamos os principais aspectos da preparar e testar um chip quântico fotônico de silício com uma fonte de fótons integrada e interferômetro de dois fótons. O aspecto mais importante de um circuito integrado quântica é minimizar a perda de modo a que todos os fotões gerados são detectados com a maior fidelidade possível. Aqui, nós descrevemos como realizar o acoplamento extremidade de baixa perda, utilizando uma fibra de ultra-elevada abertura numérica para combinar de perto o modo das guias de ondas de silício. Ao utilizar uma receita de emenda de fusão optimizado, a fibra é perfeitamente Uhna em interface com uma fibra de modo único padrão. Este acoplamento de baixa perda permite a medição de produção de fotões de alta fidelidade num ressoador de silício anel integrado e a subsequente interferência de dois fotões do p produzidohotons em um interferômetro de Mach-Zehnder estreitamente integradas. Este artigo descreve os procedimentos essenciais para a preparação e caracterização de alto desempenho e quânticos silício circuitos fotónicas escaláveis.

contagem de fotões individuais de cada detector, bem como as contagens de coincidência, foram recolhidos como a fase relativa entre os dois caminhos foi sintonizado. As contagens individuais (Figura 5a) mostram o padrão de interferência clássica a partir de um MZI com visibilidades de 94,5 ± 1,6% e 94,9 ± 0,9%. As medições de coincidência (Figura 5B) mostram a interferência quântica do estado entrelaçado, como é evidente pela oscilação co...

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Measurement of Quantum Interference in a Silicon Ring Resonator Photon Source

Silicon chips fotônicos têm o potencial para realizar complexos sistemas quânticos integrados. Apresentada aqui é um método para preparar e testar um chip de silício fotónica para medições quânticas.

Medição de Interferência Quântica em uma fonte de silício anel ressonador Photon

Silicon photonic chips have the potential to realize complex integrated quantum information processing circuits, including photon sources, qubit ...

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Research

JoVE Journal

Engineering

8.3K visualizações.  Rochester Institute of Technology.  Silicon chips fotônicos têm o potencial para realizar complexos sistemas quânticos integrados. Apresentada aqui é um método para preparar e testar um chip de silício fotónica para medições quânticas. 

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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.

Gradiente eco Quantum Memória em 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 ...

Engenharia

Analysis of Contact Interfaces for Single GaN Nanowire Devices

Single GaN nanowire (NW) devices fabricated on SiO2 can exhibit a strong degradation after annealing due to the occurrence of void formation at the contact/SiO2 interface. This void formation can cause cracking and delamination of the metal film, which can increase the resistance or lead to a complete failure of the NW device. In order to address issues associated with void formation, a technique was developed that removes Ni/Au contact metal films from the substrates to allow for the examination and characterization of the contact/substrate and contact/NW interfaces of single GaN NW devices. This procedure determines the degree of adhesion of the contact films to the substrate and NWs and allows for the characterization of the morphology and composition of the contact interface with the substrate and nanowires. This technique is also useful for assessing the amount of residual contamination that remains from the NW suspension and from photolithographic processes on the NW-SiO2 surface prior to metal deposition. The detailed steps of this procedure are presented for the removal of annealed Ni/Au contacts to Mg-doped GaN NWs on a SiO2 substrate.

A technique was developed that removes Ni/Au contact metal films from their substrate to allow for the examination and characterization of the contact/substrate and contact/NW interfaces of single GaN nanowire devices.

Análise de Contato Interfaces para únicos dispositivos de nanofios de GaN

Single GaN nanowire (NW) devices fabricated on SiO2 can exhibit  a strong degradation after annealing due to the  occurrence of void formation at the ...

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.

Fabricação de cavidades de nanoescala uniformes 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 ...

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.

Seletiva Área Modificação de Superfície Wettability Silicon por Pulsed Laser irradiação UV em meio líquido

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

Silicon Metal-oxide-semiconductor Quantum Dots for Single-electron Pumping

As mass-produced silicon transistors have reached the nano-scale, their behavior and performances are increasingly affected, and often deteriorated, by quantum mechanical effects such as tunneling through single dopants, scattering via interface defects, and discrete trap charge states. However, progress in silicon technology has shown that these phenomena can be harnessed and exploited for a new class of quantum-based electronics. Among others, multi-layer-gated silicon metal-oxide-semiconductor (MOS) technology can be used to control single charge or spin confined in electrostatically-defined quantum dots (QD). These QD-based devices are an excellent platform for quantum computing applications and, recently, it has been demonstrated that they can also be used as single-electron pumps, which are accurate sources of quantized current for metrological purposes. Here, we discuss in detail the fabrication protocol for silicon MOS QDs which is relevant to both quantum computing and quantum metrology applications. Moreover, we describe characterization methods to test the integrity of the devices after fabrication. Finally, we give a brief description of the measurement set-up used for charge pumping experiments and show representative results of electric current quantization.

The fabrication process and experimental characterization techniques relevant to single-electron pumps based on silicon metal-oxide-semiconductor quantum dots are discussed.

Silicon Metal-Óxido-semiconductor Quantum Dots para bombear-elétron único

As mass-produced silicon transistors have reached the nano-scale, their behavior and performances are increasingly affected, and often deteriorated, by ...

Measurement of X-ray Beam Coherence along Multiple Directions Using 2-D Checkerboard Phase Grating

A procedure for a technique to measure the transverse coherence of synchrotron radiation X-ray sources using a single phase grating interferometer is reported. The measurements were demonstrated at the 1-BM bending magnet beamline of the Advanced Photon Source (APS) at Argonne National Laboratory (ANL). By using a 2-D checkerboard &#960;/2 phase-shift grating, transverse coherence lengths were obtained along the vertical and horizontal directions as well as along the 45&#176; and 135&#176; directions to the horizontal direction. Following the technical details specified in this paper, interferograms were measured at different positions downstream of the phase grating along the beam propagation direction. Visibility values of each interferogram were extracted from analyzing harmonic peaks in its Fourier Transformed image. Consequently, the coherence length along each direction can be extracted from the evolution of visibility as a function of the grating-to-detector distance. The simultaneous measurement of coherence lengths in four directions helped identify the elliptical shape of the coherence area of the Gaussian-shaped X-ray source. The reported technique for multiple-direction coherence characterization is important for selecting the appropriate sample size and orientation as well as for correcting the partial coherence effects in coherence scattering experiments. This technique can also be applied for assessing coherence preserving capabilities of X-ray optics.

The measurement protocol and data analysis procedure are given for obtaining transverse coherence of a synchrotron radiation X-ray source along four directions simultaneously using a single 2-D checkerboard phase grating. This simple technique can be applied for complete transverse coherence characterization of X-ray sources and X-ray optics.

Medição do feixe de raios X coerência ao longo de múltiplas direções Usando 2-D Checkerboard fase reticulada

A procedure for a technique to measure the transverse coherence of synchrotron radiation X-ray sources using a single phase grating interferometer is ...

Optical Trap Loading of Dielectric Microparticles In Air

We demonstrate a method to trap a selected dielectric microparticle in air using radiation pressure from a single-beam gradient optical trap. Randomly scattered dielectric microparticles adhered to a glass substrate are momentarily detached using ultrasonic vibrations generated by a piezoelectric transducer (PZT). Then, the optical beam focused on a selected particle lifts it up to the optical trap while the vibrationally excited microparticles fall back to the substrate. A particle may be trapped at the nominal focus of the trapping beam or at a position above the focus (referred to here as the levitation position) where gravity provides the restoring force. After the measurement, the trapped particle can be placed at a desired position on the substrate in a controlled manner. 
In this protocol, an experimental procedure for selective optical trap loading in air is outlined. First, the experimental setup is briefly introduced. Second, the design and fabrication of a PZT holder and a sample enclosure are illustrated in detail. The optical trap loading of a selected microparticle is then demonstrated with step-by-step instructions including sample preparation, launching into the trap, and use of electrostatic force to excite particle motion in the trap and measure charge. Finally, we present recorded particle trajectories of Brownian and ballistic motions of a trapped microparticle in air. These trajectories can be used to measure stiffness or to verify optical alignment through time domain and frequency domain analysis. Selective trap loading enables optical tweezers to track a particle and its changes over repeated trap loadings in a reversible manner, thereby enabling studies of particle-surface interaction.

A protocol for launching and stably trapping selected dielectric microparticles in air is presented.

Armadilha óptica carregamento de dielétrico micropartículas no ar

We demonstrate a method to trap a selected dielectric microparticle in air using radiation pressure from a single-beam gradient optical trap. Randomly ...

Standardized Method for Measuring Collection Efficiency from Wipe-sampling of Trace Explosives

One of the limiting steps to detecting traces of explosives at screening venues is effective collection of the sample. Wipe-sampling is the most common procedure for collecting traces of explosives, and standardized measurements of collection efficiency are needed to evaluate and optimize sampling protocols. The approach described here is designed to provide this measurement infrastructure, and controls most of the factors known to be relevant to wipe-sampling. Three critical factors (the applied force, travel distance, and travel speed) are controlled using an automated device. Test surfaces are chosen based on similarity to the screening environment, and the wipes can be made from any material considered for use in wipe-sampling. Particle samples of the explosive 1,3,5-trinitroperhydro-1,3,5-triazine (RDX) are applied in a fixed location on the surface using a dry-transfer technique. The particle samples, recently developed to simulate residues made after handling explosives, are produced by inkjet printing of RDX solutions onto polytetrafluoroethylene (PTFE) substrates. Collection efficiency is measured by extracting collected explosive from the wipe, and then related to critical sampling factors and the selection of wipe material and test surface. These measurements are meant to guide the development of sampling protocols at screening venues, where speed and throughput are primary considerations.

Optimized sampling protocols and the development of new wipe materials can be facilitated by standardized measurements of collection efficiency from wipe-sampling. Our approach for sampling trace explosives uses an automated device to control speed, force, and distance during wipe-sampling followed by extraction of collected explosives.

Método Padrão para medir a eficiência Coleção de Wipe-amostragem de Explosivos Traço

One of the limiting steps to detecting traces of explosives at screening venues is effective collection of the sample. Wipe-sampling is the most common ...

Fabrication of Polymer Microspheres for Optical Resonator and Laser Applications

This paper describes three methods of preparing fluorescent microspheres comprising &#960;-conjugated or non-conjugated polymers: vapor diffusion, interface precipitation, and mini-emulsion. In all methods, well-defined, micrometer-sized spheres are obtained from a self-assembling process in solution. The vapor diffusion method can result in spheres with the highest sphericity and surface smoothness, yet the types of the polymers able to form these spheres are limited. On the other hand, in the mini-emulsion method, microspheres can be made from various types of polymers, even from highly crystalline polymers with coplanar, &#960;-conjugated backbones. The photoluminescent (PL) properties from single isolated microspheres are unusual: the PL is confined inside the spheres, propagates at the circumference of the spheres via the total internal reflection at the polymer/air interface, and self-interferes to show sharp and periodic resonant PL lines. These resonating modes are so-called "whispering gallery modes" (WGMs). This work demonstrates how to measure WGM PL from single isolated spheres using the micro-photoluminescence (&#181;-PL) technique. In this technique, a focused laser beam irradiates a single microsphere, and the luminescence is detected by a spectrometer. A micromanipulation technique is then used to connect the microspheres one by one and to demonstrate the intersphere PL propagation and color conversion from coupled microspheres upon excitation at the perimeter of one sphere and detection of PL from the other microsphere. These techniques, &#181;-PL and micromanipulation, are useful for experiments on micro-optic application using polymer materials.

Protocols for the synthesis of microspheres from polymers, the manipulation of microspheres, and micro-photoluminescence measurements are presented.

Fabricação de Microsferas de Polímeros para Resonadores Ópticos e Aplicações Laser

This paper describes three methods of preparing fluorescent microspheres comprising &#960;-conjugated or non-conjugated polymers: vapor diffusion, ...

Synchrotron X-ray Microdiffraction and Fluorescence Imaging of Mineral and Rock Samples

In this report, we describe a detailed procedure for acquiring and processing&#160;x-ray microfluorescence (&#956;XRF), and Laue and powder microdiffraction two-dimensional (2D) maps at beamline 12.3.2 of the Advanced Light Source (ALS), Lawrence Berkeley National Laboratory. Measurements can be performed on any sample that is less than 10 cm x 10 cm x 5 cm, with a flat exposed surface. The experimental geometry is calibrated using standard materials (elemental standards for XRF, and crystalline samples such as Si, quartz, or Al2O3 for diffraction). Samples are aligned to the focal point of the x-ray microbeam, and raster scans are performed, where each pixel of a map corresponds to one measurement, e.g., one XRF spectrum or one diffraction pattern. The data are then processed using the in-house developed software XMAS, which outputs text files, where each row corresponds to a pixel position. Representative data from moissanite and an olive snail shell are presented to demonstrate data quality, collection, and analysis strategies.

We describe a beamline setup meant to carry out rapid two-dimensional x-ray fluorescence and x-ray microdiffraction mapping of single crystal or powder samples using either Laue (polychromatic radiation) or powder (monochromatic radiation) diffraction. The resulting maps give information about strain, orientation, phase distribution, and plastic deformation.