[論文レビュー] Single-mode quadrature squeezing using dual-pump four-wave mixing in an integrated nanophotonic device

Y. Zhang, M. Menotti+7 more|arXiv (Cornell University)|Jan 26, 2020

Photonic and Optical Devices被引用数 5

ひとこと要約

本論文は、2つの結合されたマイクロリングレゾネータにおける二重ポンプ四波混合を用いて、集積シリコンナ nitride ナノフォトニクスチップ上でブロードバンド単一モードの位 quadrature 圧縮を実証した。副次的レゾネータを活用して不要なプロセスを抑えることで、測定された圧縮は1.5 dBに達し、損失を考慮しないとチップ上での圧縮は6 dBに推定される。

ABSTRACT

We report the generation of broadband single-mode (degenerate) quadrature squeezed vacuum from an integrated nanophotonic device based on two coupled silicon nitride microring resonators. Dual-pump spontaneous four-wave mixing in one microring resonator is exploited to generate squeezed light, while unwanted single-pump parametric fluorescence and Bragg-scattering four-wave mixing processes are suppressed by selectively corrupting individual resonances using a second, auxiliary resonator. Balanced homodyne detection is employed for quadrature measurements, with 1.5 dB of quadrature squeezing directly measured. We infer that approximately 6 dB of squeezing is present on-chip, before collection and detection losses.

研究の動機と目的

• 集積ナノフォトニクスプラットフォーム上でブロードバンド・単一モードの位 quadrature 圧縮真空を生成すること。
• 圧縮の品質を低下させる悪影響を及ぼすパラメトリック蛍光およびブラッグ散乱四波混合プロセスを抑制すること。
• チップ上での量子光学応用に適した高精度の位 quadrature 圧縮を達成すること。
• 外部部品を最小限に抑えたスケーラブルでチップ統合型の非古典的光の生成ソリューションを実証すること。

提案手法

• 主なシリコンナ nitride マイクロリングレゾネータにおける二重ポンプ自己発生四波混合（FWM）を用いて、圧縮真空を生成する。
• 補助的な二次的マイクロリングレゾネータを用いて個々の共鳴モードを選択的にずらし、単一ポンプパラメトリック蛍光およびブラッグ散乱FWMを抑制する。
• 生成された圧縮光の位 quadrature 振幅を正確に測定するためにバランスドホモダイン検出を採用する。
• 圧縮帯域幅と効率を最大化するために、デバイスの幾何形状とポンプ波長設定を最適化する。
• チップ上でのモードマッチングと位相安定化検出を用いて、測定ノイズと損失の影響を最小限に抑える。
• 伝搬損失および検出損失を考慮した理論的モデルを適用し、チップ上での圧縮レベルを推定する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 完全に統合されたナノフォトニクスデバイスで、ブロードバンド・単一モードの位 quadrature 圧縮を効率的に生成できるか？
• RQ2 望ましくない四波混合プロセスを、望ましい圧縮信号の品質を損なわせることなく、どのように選択的に抑制できるか？
• RQ3 レゾネータ設計とポンプ設定を最適化することで、チップ上での圧縮をどの程度向上できるか？
• RQ4 外部部品を最小限に抑え、チップスケールシステムにおける損失を最小限に抑えた場合、測定可能な圧縮レベルはどの程度か？

主な発見

• 本デバイスは、単一のマイクロリングレゾネータにおける二重ポンプ四波混合を用いて、ブロードバンド構成で1.5 dBの位 quadrature 圧縮を達成した。
• 補助レゾネータにより、個々の共鳴モードを故意に破壊することで、単一ポンプパラメトリック蛍光およびブラッグ散乱FWMが効果的に抑制された。
• 損失を考慮しないとチップ上での圧縮は6 dBに推定され、高い内在的効率を示している。
• バランスドホモダイン検出により、高い信号対雑音比で位 quadrature 振幅を正確に測定可能である。
• 本システムは、量子情報処理に適した非古典的光のスケーラブルでチップ統合型の生成を実証した。
• 選択的モード設計により、広帯域動作を維持しながらも、高い圧縮忠実度を実現した。