[논문 리뷰] A fiber-coupled wavelength tunable source of narrowband entangled photons

Alessandro Fedrizzi, Thomas Herbst외 2명|arXiv (Cornell University)|2007. 06. 19.

Mechanical and Optical Resonators인용 수 2

한 줄 요약

이 논문은 편광 양자 얽힌 광자들을 위한 25 mm PPKTP 결정을 이용한 편광 Sagnac 간섭계 내에서 섬유 결합형 파장 테이블러블 소스를 제시한다. 이는 스펙트럼 빛의 세기를 273,000 쌍/(s·mW·nm)로 달성하고, tangle T=0.987을 기록하여 이전의 소스보다 빛의 세기가 28배 향상되었으며, 넓은 테이블러블 범위에서 높은 얽힘 품질을 유지한다.

ABSTRACT

We demonstrate a wavelength-tunable, fiber-coupled source of polarization-entangled photons with extremely high spectral brightness and quality of entanglement. Using a 25 mm PPKTP crystal inside a polarization Sagnac interferometer we detect a spectral brightness of 273000 pairs/(s mW nm), a factor of 28 better than comparable previous sources while state tomography showed the two-photon state to have a tangle of T=0.987. This improvement was achieved by use of a long crystal, careful selection of focusing parameters and single-mode fiber coupling. We demonstrate that, due to the particular geometry of the setup, the signal and idler wavelengths can be tuned over a wide range without loss of entanglement.

연구 동기 및 목표

• 실용적인 양자 통신 시스템에 적합한 고광도, 섬유 결합형 양자 얽힌 광자 소스를 개발하기 위해.
• 신호 및 보조 광자의 파장을 떨어지지 않게 유지하면서도 얽힘 품질을 떨어뜨리지 않고 넓은 파장 테이블러블 범위를 달성하기 위해.
• 기존 소스를 뛰어넘는 스펙트럼 빛의 세기를 확보하면서도 고정밀도의 이광자 얽힘을 유지하기 위해.
• 단일 모드 섬유 결합을 통해 기존의 섬유 광학 인프라와의 통합을 가능하게 하기 위해.

제안 방법

• 자발적 파라메트릭 다운컨버전을 위한 비선형 매질로 25 mm 주기적 폴링된 KTiOPO4(PPKTP) 결정을 사용한다.
• 편광 얽힌 광자 쌍을 생성하기 위해 결정을 편광 Sagnac 간섭계 내에 배치한다.
• 초점 조절 파arameter와 결정 길이의 철저한 최적화를 통해 스펙트럼 빛의 세기를 향상시키고 모드 품질을 유지한다.
• 단일 모드 섬유 결합을 통해 효율적으로 엽합된 광자를 수집하고 표준 광섬유로 전송한다.
• 온도나 결정의 정렬을 조절하여 위상 일치 조건을 조절함으로써 파장 테이블러블을 달성한다.
• tangle 지표를 사용하여 엽합 품질을 정량화하기 위해 상태 토모그래피를 수행한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 기존 시스템보다 훨씬 높은 스펙트럼 빛의 세기를 갖는 섬유 결합형, 파장 테이블러블 소스의 좁은 대역의 엽합 광자 소스를 구현할 수 있는가?
• RQ2 신호 및 보조 광자의 파장을 얼마나 넓게 테이블러블할 수 있으며, 높은 엽합 품질을 유지할 수 있는가?
• RQ3 긴 PPKTP 결정과 최적화된 초점 조절 파arameter는 스펙트럼 빛의 세기와 엽합 품질에 어떤 영향을 미치는가?
• RQ4 고광도와 고 tangle이 동시에 섬유 결합 구조에서 달성될 수 있는가?

주요 결과

• 이 소스는 스펙트럼 빛의 세기를 273,000 쌍/(s·mW·nm)로 달성하여 이전의 유사한 소스보다 28배 향상되었다.
• 이광자 상태는 T=0.987의 tangle을 나타내어 근사적으로 최대 수준의 엽합 품질을 보였다.
• Sagnac 간섭계 기하학적 구조 덕분에 넓은 신호 및 보조 광자 파장 범위에서 높은 엽합 품질을 유지하였다.
• 단일 모드 섬유 결합은 섬유 기반의 양자 네트워크와의 효율적 통합을 가능하게 하였다.
• 긴 PPKTP 결정과 최적화된 초점 조절 파arameter는 고광도를 달성하는 데 핵심적인 역할을 하였다.
• 고광도와 넓은 테이블러블 성능의 조합은 이 소스가 확장 가능한 양자 통신 응용 분야에 적합함을 보여주었다.