簡易檢索 / 詳目顯示

研究生: 陳姿安
Chen, Tzu-An
論文名稱: 週期性極化鈮酸鋰波導中糾纏光子之產生及量測
Generation and measurement of entangled photons from PPLN waveguide
指導教授: 褚志崧
Chuu, Chih-Sung
口試委員: 陳彥宏
Chen, Yen-Hung
李瑞光
Lee, Ray-Kuang
學位類別: 碩士
Master
系所名稱: 理學院 - 物理學系
Department of Physics
論文出版年: 2019
畢業學年度: 107
語文別: 中文
論文頁數: 62
中文關鍵詞: 鈮酸鋰波導糾纏光子自發性降頻轉換週期性洪德曼干涉
外文關鍵詞: PPLN waveguide, entangled photons, Spontaneous Parametric Down-Conversion, polling, Hong-Ou-Mandel interference
相關次數: 點閱:2下載:0
分享至:
查詢本校圖書館目錄 查詢臺灣博碩士論文知識加值系統 勘誤回報
  • 自發性降頻轉換 ( Spontaneous Parametric Down-Conversion, SPDC ) 是一個製備單光子以及糾纏態光子的理想來源。短波包在量子資訊和量子傳輸上具有優勢,如何調控波包的寬度成為重要的一環也被廣為研究。在本實驗中我們巧妙的運用損耗來縮短波包在時域上的寬度,生產效率高的波導可以補償損耗的影響。
    本實驗和國立中央大學陳彥宏老師實驗室合作,使用週期極化的鈮酸鋰鈦擴散波導( Ti-diffused PPLN waveguide )。我們會在上面鍍上金屬,不同偏振的光子在波導中會有不同的損耗程度,藉由控制損耗的程度來縮短我們的波包,在此模擬因為損耗後波形縮短的情況。實驗上也成功地使用SPDC的機制在鈦擴散波導中產生糾纏光子(entangled photons),且設計了一套系統來分析我們的光子,隨著量測上需求的不同,改變光路架設,最後使用雙光子干涉Hong-Ou-Mandel的方式,解析尚未加上損耗的波包在時域上的寬度。


    Spontaneous parametric down-conversion (SPDC) is an ideal source in quantum technology for generating entangled photon pairs. With short temporal lengths, the entangled photons have potential applications on quantum information and quantum communication. Here, we demonstrate the entangled photons from waveguide-based SPDC with the possibility to realize ultra-short photons.
    In our experiment, the photon pairs are generated in Ti-diffused PPLN waveguide. This waveguide is fabricated by our collaborator, Prof. Yen-Hung Chen of National Central University. The loss rates of these waveguides may be varied by the thickness between the layers of PPLN and the gold or aluminum film deposited on the waveguide. Finally, we verify the generation of the entangled photons by detecting them with the Hong-Ou-Mandel interference.

    摘要 I Abstract II 致謝 III 目錄 IV 圖目錄 VI 第一章 實驗介紹 1 第二章 實驗原理 3 2.1 在波導 (Waveguide) 中產生糾纏光子 3 2.1.1 鈦擴散PPLN波導的幾何結構 3 2.1.2 鈦擴散波導 4 2.1.3 鈮酸鋰介紹與週期性極化反轉 6 2.1.4 產生糾纏光子的機制及其波形 9 2.2 利用損耗程度調製波包 12 2.2.1 利用損耗調製波包寬度 12 2.2.2 模擬預測 14 2.2.3 利用鍍金屬控制損耗 16 2.2.4 測量波包方法-Hong-Ou-Mandel干涉 17 第三章 實驗架設-穩定光源 23 3.1 Pump光源架設 23 3.2 波導的設計 24 3.3 波導對光的設計與方法 27 3.3.1 光路架設 27 3.3.2 耦合進波導的方式 29 第四章 實驗架設及數據分析-糾纏光子的量測 35 4.1 倍頻轉換 (SHG) 找出相位匹配的週期 35 4.2 二階關聯函數 G2(Τ) 量測結果 40 4.3 糾纏光子的頻譜變化 44 4.4 Hong-Ou-Mandel干涉 50 第五章 討論與總結 55 第六章 附錄 57 6.1 波導基座的設計 57 參考文獻 61

    1. Fiorentino, M., et al., Spontaneous parametric down-conversion in periodically poled KTP waveguides and bulk crystals. Optics express, 2007. 15(12): p. 7479-7488.
    2. Chung, H., et al., Adiabatic light transfer in titanium diffused lithium niobate waveguides. Optics express, 2015. 23(24): p. 30641-30650.
    3. 楊詩遠, 碩士論文電光非週期性晶疇極化反轉鈮酸鋰定向耦合器. 中華民國一零六年六月.
    4. Booth, M.C., et al., Counterpropagating entangled photons from a waveguide with periodic nonlinearity. Physical Review A, 2002. 66(2): p. 023815.
    5. Armstrong, J., et al., Interactions between light waves in a nonlinear dielectric. Physical review, 1962. 127(6): p. 1918.
    6. Boyd, R.W., Nonlinear Optics, Third Edition, Academic Press,. 2008.
    7. Su, W.-M., et al., Shaping single photons and biphotons by inherent losses. Physical Review A, 2016. 94(3): p. 033805.
    8. 鄭婷, 碩士論文波導晶片中糾纏光子的製備及操控之可行性研析. 中華民國一零七年七月.
    9. Masuda, M. and J. Koyama, Effects of a buffer layer on TM modes in a metal-clad optical waveguide using Ti-diffused LiNbO 3 C-plate. Applied optics, 1977. 16(11): p. 2994-3000.
    10. Anemogiannis, E. and E.N. Glytsis, Multilayer waveguides: efficient numerical analysis of general structures. Journal of Lightwave Technology, 1992. 10(10): p. 1344-1351.
    11. Brańczyk, A.M., Hong-Ou-Mandel Interference. arXiv preprint arXiv:1711.00080, 2017.
    12. Hong, C.-K., Z.-Y. Ou, and L. Mandel, Measurement of subpicosecond time intervals between two photons by interference. Physical review letters, 1987. 59(18): p. 2044.
    13. Ou, Z.J., Quantum Optics for Experimentalists. 2017: World Scientific Publishing Company.
    14. 朱世賢, 碩士論文通訊波段窄頻雙光子的產生與量測. 中華民國一零六年七月.
    15. 張安志, Oscillation Dynamics of a Monolithic Optical Parametric Oscillator. 2015.
    16. 鍾宏彬, 博士論文量子與積體鈮酸鋰光路與結構晶疇元件研究. 中華民國一零六年六月.
    17. Fox, M., Quantum Optics: An Introduction. 2006: OUP Oxford.

    QR CODE