[论文解读] Guided wave technology for a telecom wavelength heralded single photon source

Olivier Alibart, Sébastien Tanzilli+2 more|arXiv (Cornell University)|May 13, 2004

Photonic and Optical Devices参考文献 2被引用 2

一句话总结

本文提出一种紧凑、稳定的纯化单光子源，利用周期极化铌酸锂波导通过自发参量下转换产生非简并光子对。通过检测1310 nm的信号光子作为触发信号，该源在1550 nm波段实现了0.38的纯化效率，同时多光子发射概率相比泊松光源降低了十倍，从而实现了在通信网络中的实用化量子通信。

ABSTRACT

We report on a guided wave heralded photon source based on the creation of non-degenerate photon pairs by spontaneous parametric down conversion in a Periodically Poled Lithium Niobate waveguide. Using the signal photon at 1310 nm as a trigger, a gated detection process permits announcing the arrival of single photons at 1550 nm at the output of a single mode optical fiber with the best probability to date of 0.38. The multi-photon emission probability is reduced by a factor of 10 compared to poissonian light sources. Relying on guided wave technologies such as integrated optics and fiber optics components, our source offers stability, compactness and efficiency and can serve as a paradigm for guided wave devices applied to quantum communication and computation using existing telecom networks.

研究动机与目标

• 开发一种与现有通信基础设施兼容的稳定、紧凑且高效的单光子源。
• 降低纯化单光子源中的多光子发射概率，以提高量子态保真度。
• 利用集成光学与光纤组件提升系统稳定性与可扩展性。
• 通过1310 nm信号光子作为触发信号，在通信C波段（1550 nm）实现高纯化效率。

提出的方法

• 利用周期极化铌酸锂波导中的自发参量下转换产生非简并光子对。
• 采用1310 nm的信号光子作为纯化触发信号，实现对1550 nm光子的单光子探测。
• 应用门控探测技术，以高时间精度宣布1550 nm光子的到达。
• 集成波导与光纤光学组件，确保系统紧凑性与稳定性。
• 利用现有通信网络波长（1310 nm与1550 nm）以实现兼容性与低损耗传输。

实验结果

研究问题

• RQ1 导波平台是否能够在通信波段实现高纯化效率的单光子源？
• RQ2 在基于波导的纯化源中，多光子发射概率能在多大程度上被抑制？
• RQ3 波导与光纤组件的集成如何影响单光子源的稳定性与效率？
• RQ4 此类源是否可在现有通信网络中实际部署以实现量子通信？

主要发现

• 该源在1550 nm波段实现了0.38的纯化效率，为该配置迄今最佳结果。
• 与泊松光源相比，多光子发射概率降低了十倍，显著提升了光子纯度。
• 通过集成波导与光纤光学组件，系统展现出高稳定性和紧凑性。
• 采用通信波长（1310 nm与1550 nm）使系统与现有光纤基础设施兼容。