Name: measurement of quantum interference in a silicon ring resonator photon source
Uploaded: 2017-04-04T10:30:00
Description: Watch this Scientific Journal Video about Measurement of Quantum Interference in a Silicon Ring Resonator Photon Source at JoVE.com

עבודה זו בוצעה בחלקה במתקן המדע והטכנולוגיה ננו אוניברסיטת קורנל, חבר של רשת ננוטכנולוגיה התשתיות הלאומיות, אשר נתמך על ידי הקרן הלאומית למדע (גרנט ECCS-1,542,081). אנו מכירים תמיכה עבור עבודה זו ממעבדת המחקר של חיל האוויר (AFRL). חומר זה מבוסס על העבודה הנתמכת בחלקו על ידי הקרן הלאומית למדע תחת פרס המס ECCS14052481.

הערה: פרוטוקול זה מניח כי השבב פוטוניים כבר מפוברק. השבב המתואר כאן (שמוצג באיור 1 א) היה מפוברק במתקן מדע וטכנולוגיה ננו אוניברסיטת קורנל שימוש בטכניקות עיבוד סטנדרטי למכשירים סיליקון פוטוניים 11. אלה כוללים את השימוש של פרוסות סיליקון על מבודד (...

<ol>
	<li>Silverstone, J. W., 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=On-chip+quantum+interference+between+silicon+photon-pair+sources.">On-chip quantum interference between silicon photon-pair sources.</a> Nat. Photon. 8 (2), 104-108 (2014).</li><li>Harris, N. C., 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=Integrated+Source+of+Spectrally+Filtered+Correlated+Photons+for+Large-Scale+Quantum+Photonic+Systems.">Integrated Source of Spectrally Filtered Correlated Photons for Large-Scale Quantum Photonic Systems.</a> Phys. Rev. X. 041047, 1-10 (2014).</li><li>Grassani, D., 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=Micrometer-scale+integrated+silicon+source+of+time-energy+entangled+photons.">Micrometer-scale integrated silicon source of time-energy entangled photons.</a> Optica. 2 (2), 88 (2015).</li><li>Najafi, F., 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=Scalable+Integration+of+Single-Photon+Detectors.">Scalable Integration of Single-Photon Detectors.</a> Nat. Commun. 6, 1-8 (2015).</li><li>Dutt, A., 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=On-Chip+Optical+Squeezing.">On-Chip Optical Squeezing.</a> Phys. Rev. Appl. 3 (4), 1-7 (2015).</li><li>Azzini, 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=Ultra-low+power+generation+of+twin+photons+in+a+compact+silicon+ring+resonator.">Ultra-low power generation of twin photons in a compact silicon ring resonator.</a> Opt. Express. 20 (21), 23100-23107 (2012).</li><li>Clemmen, 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=Continuous+wave+photon+pair+generation+in+silicon-on-insulator+waveguides+and+ring+resonators+erratum.">Continuous wave photon pair generation in silicon-on-insulator waveguides and ring resonators erratum.</a> Opt. Express. 17 (19), 16558 (2009).</li><li>Engin, E., 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+pair+generation+in+a+silicon+micro-ring+resonator+with+reverse+bias+enhancement.">Photon pair generation in a silicon micro-ring resonator with reverse bias enhancement.</a> Opt. Express. 21 (23), 27826-27834 (2013).</li><li>Steidle, J. a., 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=High+spectral+purity+silicon+ring+resonator+photon-pair+source.">High spectral purity silicon ring resonator photon-pair source.</a> Proc. of SPIE. 9500, 950015 (2015).</li><li>Preble, S. F., 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=On-Chip+Quantum+Interference+from+a+Single+Silicon+Ring-Resonator+Source.">On-Chip Quantum Interference from a Single Silicon Ring-Resonator Source.</a> Phys. Rev. Appl. 4, 021001 (2015).</li><li>Cao, L., Aboketaf, A. A., Preble, S. F. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=CMOS+compatible+micro-oven+heater+for+efficient+thermal+control+of+silicon+photonic+devices.">CMOS compatible micro-oven heater for efficient thermal control of silicon photonic devices.</a> Opt. Commun. 305, 66-70 (2013).</li><li>Chrostowski, L., Hochberg, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> Silicon Photonics Design. , (2013).</li></ol>

ישנם אתגרים מרובים עבור השדה של Photonics משולבת להתגבר כדי למערכות מורכבות, וניתן להרחבה של התקנים פוטוניים כדי להיות ריאלי. אלה כוללים, אך אינם מוגבלים ל: טולרנסים ייצור חזק, במנותק מן אי יציבות סביבתית, ומזעור כל הצורות של אובדן. ישנם צעדים קריטיים בפרוטוקול לעיל המסיי?...

הסיליקון הוא מראה הבטחה גדולה כפלטפורמה פוטוניקס לעיבוד אינפורמציה קוונטית 1, 2, 3, 4, 5. אחד המרכיבים החיוניים של מעגלי פוטוניים קוונטים הוא מקור הפוטון. מקורות פוטון-זוג פותחו מן סיליקון בצורת תהודת מייקרו-טבעת שנעשתה באמצעות תהליך ליניארית מסדר שלישי, ערבוב של ארבעת גלים ספונטני (SFWM) 6, 7, 8. מקורות אלה הם מסוגלים לייצר זוגות פוטונים נבדל, אשר הם אידיאליים עבור ניסויים מעורבים פוטון הסתבכות 9. חשוב לציין טבעת כי מקורות מהוד יכול לפעול הן עם כיוון השעון ועל התפשטות נגד כיוון השעון, ואת שני כיוונים התפשטות שונים הם גניםעצרת עצמאית זו מזו. זה מאפשר צלצול יחיד לתפקד כשני מקורות. כאשר שאוב אופטי משני הכיוונים, מקורות אלה יוצרים המדינה הסתבכה הבאה: <img alt="משוואה 1" src="/files/ftp_upload/55257/55257eq1.jpg" /> איפה <img alt="משוואה 2" src="/files/ftp_upload/55257/55257eq2.jpg" /> ו <img alt="משוואה 3" src="/files/ftp_upload/55257/55257eq3.jpg" /> הם מפעילי יצירה העצמאיים עבור clockwise- ו נגד-הפצה דו-פוטונים, בהתאמה. זוהי צורה מאוד רצויה של מדינה מסובכת ידועה כמדינת N00N (N = 2) 10. עובר למצב זה באמצעות אינטרפרומטר על-שבב מאך-זנדר (MZI) התוצאה היא מדינה: <img alt="משוואה 4" src="/files/ftp_upload/55257/55257eq4.jpg" /> מצב זה נע בין מקרה מקסימלית מקרה אפס בבית פעמיםתדירות הפרעות קלאסית בבית MZI, להכפיל את הרגישות ביעילות של אינטרפרומטר 10. כאן, אנו מציגים את ההליך משמש לבדיקה כגון מקור פוטון משולב מכשיר 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

שבבי סיליקון פוטוניים יש את הפוטנציאל לממש מורכבים מעגלי עיבוד מידע קוונטי משולב, כולל מקורות פוטון, מניפולציה קיוביט, וכן גלאי פוטון יחיד משולבת. כאן, אנו מציגים את ההיבטים המרכזיים של הכנה ובדיקת שבב קוונטי סיליקון פוטוניים עם מקור פוטון משולב אינטרפרומטר שני פוטונים. ההיבט החשוב ביותר של מעגל קוונטים משולב הוא מזעור הפסד כך שכל הפוטונים שנוצרו מזוהים עם הנאמנות הגבוהה ביותר האפשרית. כאן, אנו מתארים כיצד לבצע צימוד קצה הפסד נמוך באמצעות סיבי צמצם מספריים גבוהים במיוחד מקרוב כדי להתאים את המצב של בגלבו סיליקון. באמצעות מתכון שחבור היתוך אופטימיזציה, סיבי UHNA הוא מתממשקת בצורה חלקה עם סיב יחיד במצב רגיל. צימוד הפסד נמוך זה מאפשר מדידה של ייצור פוטון באיכות הגבוהה בתוך מהוד טבעת סיליקון משולב ואת ההפרעה דו-פוטון העוקבת של p מיוצרhotons בתוך אינטרפרומטר מאך-זנדר משולבים באופן הדוק. מאמר זה מתאר את הליכי חיוני ההכנה והאפיון של ביצועים גבוהים ומעגלי פוטוניים קוונטים סיליקון להרחבה.

ספירת פוטון יחידה מכל גלאי, כמו גם את ספירת צירוף המקרים, נאספה כשלב היחסי בין שני הנתיבים היה מכוון. ספירת הבודדים (איור 5 א) להראות את תבנית התאבכות הקלסית מתוך MZI עם רמות של חשיפה של 94.5 ± 1.6% ו 94.9 ± 0.9%. מדידות צירוף המקרים (איור 5) להרא?...

Watch this Scientific Journal Video about Measurement of Quantum Interference in a Silicon Ring Resonator Photon Source at JoVE.com

Measurement of Quantum Interference in a Silicon Ring Resonator Photon Source

שבבי סיליקון פוטוניים יש את הפוטנציאל לממש מערכות קוונטיות משולבים מורכבים. אנו מציגים כאן שיטה להכנת ובדיקת שבב סיליקון פוטוניים למדידות הקוונטים.

מדידה של Quantum הפרעות מקור פוטון מהוד טבעת הסיליקון

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

Research

JoVE Journal

Engineering

Gradient Echo Quantum Memory in Warm Atomic Vapor

Gradient Echo קוונטית זיכרון בחם אטומי החמקן

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

Analysis of Contact Interfaces for Single GaN Nanowire Devices

ניתוח של ממשקי מגע עבור יחיד התקני Nanowire גן

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

ייצור חללים ננומטריים אחידים באמצעות מליטה וופל ישיר סיליקון

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

פינת שינוי סלקטיבית של יכולת רטיבות משטח סיליקון על ידי פעמו UV לייזר הקרנה בסביבה נוזלית

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

סיליקון מתכת-תחמוצת-מוליכים למחצה קוונטי נקודות לשאיבת חד אלקטרון

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

מדידת רנטגן Beam קוהרנטיות לאורך כיוונים מרובים באמצעות 2-D דמקה שלב פומפיה

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

טוען מלכודת אופטית של דיאלקטרי microparticles באוויר

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

שיטה סטנדרטית למדידת יעילות גבייה נגב-דגימה של חומרי נפץ Trace

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 ...