一种在芯片上高效产生光子对的新方法
发布时间：2024-10-17 10:18:32 阅读数： 95
层极化铌酸锂（LPLN）纳米光子波导产生纠缠光子对。
薄膜铌酸锂是一种新兴的非线性集成光子平台，非常适合量子应用。通过自发参数下转换（SPDC），可以产生相关的光子对，用于量子密钥分发、隐形传态和计算。
为了使自发参数下转换（SPDC）高效进行，相位匹配极为关键。传统上，这是通过准相位匹配的周期性极化铌酸锂（PPLN）来实现的，该技术在 20 世纪 80 年代得以发展。尽管 PPLN 被广泛应用，但其最终非线性效率在完美相位匹配情况下被限制在小于 50%，并且在纳米光子波导中的制造要求日益提高。
新开发的 LPLN 通过电极化对整个薄膜进行分层域反转，从而克服了这些挑战。它比传统的 PPLN 具有更高的非线性效率，同时也简化了制作工艺。这项研究发表在《光：科学与应用》杂志上。“这是一个偶然的发现，” 新加坡国立大学助理教授朱迪表示。“部分畴反转最初是一个制造缺陷，但事实证明，它对于有效的非线性波长转换和光子对产生非常有用且可靠。”
研究小组在单个 LPLN 波导中采用级联二次谐波产生（SHG）和 SPDC 工艺来产生宽带电信光子对。这种简化的设置只需要标准的电信组件，使得该技术更易于获得，也更容易在实际应用中实现。
“我们成功地展示了在 LPLN 波导中高效的 SHG 和光子对产生，” 该论文的第一作者石晓东说道。“理论上，SHG 的效率可以是传统 PPLN 波导的两倍。它们出色的非线性性能，加上对几何和温度变化的增强弹性，使其成为量子集成光子学的有前途的候选者。”
接下来，团队的目标是进一步优化这些设备的性能和可扩展性，并将其应用于量子通信和网络应用。
