研发报告详细内容

Fraunhofer IAF研究用于量子技术的紧凑型片上光子对源

      材料来源:compoundsemiconductor

量子技术的应用基础是各种量子现象和支配基本粒子的物理定律。其中包括纠缠光子的效应,高精度传感器技术和安全量子通信的前景概念就是基于此。为了将这些技术投入应用,需要能被集成到光子电路中的紧凑有效的纠缠光子对源。

 

目前,量子光子系统的主要部件,如反射镜、分束器和移相器等,都能以集成的形式实现。但是,对于同样需要集成的光源和探测器却不适用。“我们现在的目标是将量子通信所需的所有功能(即单光子和纠缠光子的生成,操纵和检测)集成到一个芯片中,”Fraunhofer应用固体物理研究所IAF的项目经理Thorsten Passow博士解释说。研究人员通过 "基于AlGaAs布拉格反射波导(QuoAlA)的电信波长的量子纠缠光子对源 "项目在光源方面迈出了第一步。

 

AlGaAs布拉格反射波导作为光子对源

 

“QuoAlA”的焦点在于AlGaAs基光子源及其外延制造的基础研究。目的是在精确定义的波长上产生具有高质量纠缠的光子对。目标波长为1550nm,处于电信范围内(1500-1600nm)。

 

出于多种原因,半导体材料AlGaAs是一种很有前途的光子对源材料。例如,它具有非线性。在具有非线性特性的材料中,由于光学效应,一个光子可以在高光强度下自发地分裂成两个光子。这种光粒子对可以被量子机械纠缠。

 

超级紧凑设计的潜力

 

此外,AlGaAs布拉格反射波导允许在芯片级集成其他光学和电子元件。"QuoAlA"项目中采用技术的独特之处在于有可能集成一个泵浦激光二极管。这使得特别紧凑的设计成为可能。"Passow博士强调说:"通过减小元件的尺寸、重量和功率,可以满足应用的基本要求。

 

为了在电信领域作为光源使用,必须非常精确地调整光子的波长,因为通道的波长间距小于1纳米。产生光子的波长取决于波导的外延产生层结构,且对此非常敏感。因此,本项目重点研究基于AlGaAs的布拉格反射波导的外延精度,这取决于所产生的纠缠光子的波长。

 

该项目中的AlGaAs波导结构得益于Fraunhofer IAF在高品质GaAs基异质结构外延数十年的经验以及在各种III-V半导体材料中实现波导结构的工艺技术。此外,科学家们正在使用之前在 "NESSiE "项目中开发的软件对布拉格反射波导进行光学模拟。

 

在联邦政府 "量子技术--从基础研究到市场 "框架计划中,"QuoAlA "项目作为“ WiVoPro”(科学初步项目)(FKZ:13N15480)被联邦教育和研究部资助。这些初步项目是探寻与光子学和量子技术的未来工业应用有关的科学问题。这些项目旨在补充现有的研究经费,并在基础研究和行业主导的合作资金之间架起一座桥梁。

 

解理的AlGaAs布拉格反射脊波导面的SEM图像。

 

AlGaAs布拉格反射脊形波导中布拉格反射光波模式的模拟轮廓。

 

更多信息:https://www.iaf.fraunhofer.de/en/researchers/optoelectronic-devices/quoala.html

 

 

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