Details

Autor(en) / Beteiligte

• Montaut, Nicola Maryann
• Silberhorn, Christine[Akademischer Betreuer]

Titel

Integrated single photon sources : development to benchmarking

Ort / Verlag

Paderborn

Erscheinungsjahr

2019

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Beschreibungen/Notizen

• Tag der Verteidigung: 14.11.2019
• Open Access
• ger: Die Quantenoptik ist eines der attraktivsten aktuellen Forschungsgebiete, das ein im-menses Potenzial in globalen Anwendungen aufweist. Das grundlegende Element ist hierein einzelnes Photon, der quantisierte Zustand des Lichts. Mehrere qualitativ hochwer-tige Einzelphotonen-Quellen, basierend auf einem Parametrische Fluoreszenz (SPDC)-Prozess wurden bereits entwickelt, eine ideale SPDC-Quelle ist jedoch noch lange nichtrealisiert. Deshalb muss, je nach Anwendung, ein Kompromiss bezüglich den Quan-teneigenschaften eingegangen werden, um solche Quellen erfolgreich zu implementieren.Im ersten Teil dieser Dissertation stellen wir eine ”Plug-and-Play”-Quelle für Einzelpho-tonen, sogenannte ”heralded single photons” im Bereich der Telekom-Wellenlängen vor,die auf der Plattform von periodisch gepolten Lithiumniobat-Wellenleitern entwickeltwurden. Die angepassten Herstellungs- und Faserkopplungsverfahren werden diskutiert.Schließlich wird die Quelle in einem justagefreien Gehäuse montiert und so konzipiert,dass sie die gewünschten Quanteneigenschaften aufweist, wodurch sie für Anwendun-gen über große Entfernungen geeignet ist. Klassische und Quanten Charakterisierungenwerden durchgeführt, um die Qualität der Quelle zu bewerten. Dieses Bauteil zeichnetsich durch hohe Stabilität und leichte Bedienbarkeit aus, in Kombination mit QuantenEigenschaften, die weit über die in der Literatur gezeigten integrierten Bauelemente hin-ausgehen. Dank ausgereiften Optimierungstechniken ist eine hohe Flexibilität über einengroßen Bereich von PDC-Wellenlängen möglich und durch den Einsatz verschiedener Fil-ter können die Eigenschaften der Quelle zielgerichtet angepasst werden.Der zweite Teil der Arbeit konzentriert sich auf eine effiziente Methode zur Charak-terisierung von Photonenpaaren, die durch SPDC in den räumlichen
• eng: Quantum optics is one of the most attractive fields today showing immense potentialin global applications. The fundamental resource here, is a single photon, which is thequantised state of light. Several high quality sources have been developed using a spon-taneous parametric down conversion (SPDC) process, however, an ideal SPDC sourceis far from being realised. Depending on the application, a trade-off in the quantumfeatures must be introduced to successfully implement such sources.In the first part of this dissertation, we present a ”plug-and-play” source of telecomwavelength heralded single photons developed on a periodically poled lithium niobatewaveguide platform. The adopted fabrication and pigtailing protocols are discussed.Finally, the source is mounted in an alignment-free package and is designed to showdesirable quantum properties, thus making it suitable for long distance applications.Classical and quantum characterisations are performed to benchmark the source quality.This device presents high stability and ease-of-use, together with quantum performanceswhich exceed by far the packaged devices shown in literature. Owing to mature sourceengineering technology, a complete flexibility over a large range of PDC wavelengths ispossible and by using a variety of filters, source properties can be tailored.The second part of the thesis focuses on an efficient tool for characterisation of photonpairs generated through SPDC in the spatial and spectral degrees of freedom. We utilisecompressive sensing (CS) and a time-of-flight spectrometer to demonstrate a proof-of-principle measurement to discretise high-dimensional states with billions of elements. Weexperimentally demonstrate the benefits of using CS as opposed to conventional methods.The simplicity and robustness of this technique opens the possibility of realising complexphotonic states in quantum protocols.