Kombination des Sparrow Quantum Einzel-Photonen-Chips mit der Cryo-Optic X-Plane von Montana Instruments
Montana Instruments hat seine Kryostat-Technologie mit der weltweit ersten kommerziell erhältlichen Einzelphotonen-Quelle von Sparrow Quantum aus Kopenhagen kombiniert. Das System, basierend auf der Cryo-Optic X-Plane von Montana Instruments, wurde auf der APS Frühlingskonferenz in New Orleans erstmals gezeigt.
Abb. 1: Erregung und Emission eines Einzelphotonen-Chips
Für einen effektiven Einsatz des Einzelphotonen-Chips von Sparrow Quantum benötigt dieser einen Kryostaten mit gutem optischem Zugang, einer hohen Vibrationsstabilität und einer Basistemperatur von unterhalb von 4 K. Montana Instruments bietet hier eine Lösung mit der Cryo-Optic X-Plane. Das Komplett-Setup ist in einem kompakten Gehäuse montiert. Diese komplette Einzelphotonen-Quelle ist ein benutzerfreundliches und zuverlässiges Laborgerät für die Quantentechnik-Forschung.
Abb. 2: Zeichnung des kompletten optischen Aufbau
Der Einzelphotonen-Chip basiert auf selbstentwickelten InGaAs-Quantenpunkten gekoppelt mit einem langsamen photonischen Kristallwellenleiter. Die langsamen Lichtabschnitte besitzen eine niedrige Gruppengeschwindigkeit und erhöhen somit die Kopplungseffizienz auf ein Rekordniveau. Das Ende der photonischen-Kristall-Wellenleiter-Struktur ist mit einem sorgfältig konstruierten hängenden Nanobalken-Wellenleiter und Out-Kupplungsgitter gekoppelt. Die erhöhte Kopplungseffizienz der Quantenpunkte zum Wellenleiter beruht auf der starken Unterdrückung von Strahlungsmodi zusammen mit einer verbesserten Kopplung in den Wellenleiter-Modus.
Abb. 3: Bild eines optischen Aufbaus
Das macht den Sparrow Einzelphotonen-Chip sehr robust gegenüber räumlicher und spektraler Dispersion, was bedeutet, dass die Quantenpunkte effizient in einem breiten Frequenzband gekoppelt sind.
Um den Einzelphotonen-Chip zu verwenden, wird ein Anregungs-Laser auf die Quantenpunkte im photonischen Kristallwellenleiter senkrecht zum Chip gerichtet und die emittierten Photonen werden aus dem Gitter gesammelt.
Das Montana Instruments Cryo-Optic X-Plane-System ist die ideale Lösung zur Nutzung des Einzelphotonen-Chips. Es bietet eine automatisierte und kontrollierte kryogene Umgebung kombiniert mit einem kompakten Tischplatten-Design, das einen einfachen und flexiblen Aufbau ermöglicht.
Abb. 4: Einzelphotonen-Reinheit
Die Cryo-Optic X-Plane-Geometrie ermöglicht es, den optischen Aufbau komplett in der Ebene mit dem optischen Tisch zu realisieren. Dies vereinfacht das optische Design und erhöht die Robustheit und Steifigkeit des opto-mechanischen Systems im Vergleich zu typischen Aufbauten mit einer vertikalen optischen Achse. Dies wird beispielhaft dargestellt in dem Aufbau, in dem alle optischen Pfade in der Ebene des optischen Tisches liegen. Die empfohlene minimale numerische Apertur (NA) für den Chip ist 0,6. Die X-Plane bietet ein integriertes High-NA-(0,75)Objektiv mit nicht nachweisbarem optischen Drift, so dass die Refokussierung nicht erforderlich ist. Darüber hinaus bietet das Objektiv einen kleinen beugungsbegrenzten Anregungspunkt, der die erforderliche Anregungsleistung des Lasers minimiert und damit auch die Streuung.
Ein Anwendungsbericht von Montana Instruments beschreibt ein integriertes System inklusive der Schnittstellenoptik, um den Chip anzuregen und einzelne Photonen effizient zu extrahieren und auch zu detektieren.
Er beschreibt außerdem, wie mit Hilfe eines optischen Filters und eines Korrelationsaufbaus die Einzelphotonen-Natur der Emission demonstriert werden kann.
Falls Sie den Anwendungsbericht wünschen, wenden Sie sich bitte an mich.
