עבודה זו בוצעה בחלקה במתקן המדע והטכנולוגיה ננו אוניברסיטת קורנל, חבר של רשת ננוטכנולוגיה התשתיות הלאומיות, אשר נתמך על ידי הקרן הלאומית למדע (גרנט ECCS-1,542,081). אנו מכירים תמיכה עבור עבודה זו ממעבדת המחקר של חיל האוויר (AFRL). חומר זה מבוסס על העבודה הנתמכת בחלקו על ידי הקרן הלאומית למדע תחת פרס המס ECCS14052481.

<ol>
	<li>Silverstone, J. W., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=On-chip+quantum+interference+between+silicon+photon-pair+sources.">On-chip quantum interference between silicon photon-pair sources.</a> Nat. Photon. 8 (2), 104-108 (2014).</li><li>Harris, N. C., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Integrated+Source+of+Spectrally+Filtered+Correlated+Photons+for+Large-Scale+Quantum+Photonic+Systems.">Integrated Source of Spectrally Filtered Correlated Photons for Large-Scale Quantum Photonic Systems.</a> Phys. Rev. X. 041047, 1-10 (2014).</li><li>Grassani, D., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Micrometer-scale+integrated+silicon+source+of+time-energy+entangled+photons.">Micrometer-scale integrated silicon source of time-energy entangled photons.</a> Optica. 2 (2), 88 (2015).</li><li>Najafi, F., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Scalable+Integration+of+Single-Photon+Detectors.">Scalable Integration of Single-Photon Detectors.</a> Nat. Commun. 6, 1-8 (2015).</li><li>Dutt, A., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=On-Chip+Optical+Squeezing.">On-Chip Optical Squeezing.</a> Phys. Rev. Appl. 3 (4), 1-7 (2015).</li><li>Azzini, S., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Ultra-low+power+generation+of+twin+photons+in+a+compact+silicon+ring+resonator.">Ultra-low power generation of twin photons in a compact silicon ring resonator.</a> Opt. Express. 20 (21), 23100-23107 (2012).</li><li>Clemmen, S., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Continuous+wave+photon+pair+generation+in+silicon-on-insulator+waveguides+and+ring+resonators+erratum.">Continuous wave photon pair generation in silicon-on-insulator waveguides and ring resonators erratum.</a> Opt. Express. 17 (19), 16558 (2009).</li><li>Engin, E., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Photon+pair+generation+in+a+silicon+micro-ring+resonator+with+reverse+bias+enhancement.">Photon pair generation in a silicon micro-ring resonator with reverse bias enhancement.</a> Opt. Express. 21 (23), 27826-27834 (2013).</li><li>Steidle, J. a., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=High+spectral+purity+silicon+ring+resonator+photon-pair+source.">High spectral purity silicon ring resonator photon-pair source.</a> Proc. of SPIE. 9500, 950015 (2015).</li><li>Preble, S. F., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=On-Chip+Quantum+Interference+from+a+Single+Silicon+Ring-Resonator+Source.">On-Chip Quantum Interference from a Single Silicon Ring-Resonator Source.</a> Phys. Rev. Appl. 4, 021001 (2015).</li><li>Cao, L., Aboketaf, A. A., Preble, S. F. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=CMOS+compatible+micro-oven+heater+for+efficient+thermal+control+of+silicon+photonic+devices.">CMOS compatible micro-oven heater for efficient thermal control of silicon photonic devices.</a> Opt. Commun. 305, 66-70 (2013).</li><li>Chrostowski, L., Hochberg, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> Silicon Photonics Design. , (2013).</li></ol>

יש לנו מה למסור.

ישנם אתגרים מרובים עבור השדה של Photonics משולבת להתגבר כדי למערכות מורכבות, וניתן להרחבה של התקנים פוטוניים כדי להיות ריאלי. אלה כוללים, אך אינם מוגבלים ל: טולרנסים ייצור חזק, במנותק מן אי יציבות סביבתית, ומזעור כל הצורות של אובדן. ישנם צעדים קריטיים בפרוטוקול לעיל המסייעים למזער את ההפסד של התקנים פוטוניים. אחת הדרישות החיוניות ביותר מזעור הפסד מקרוב החליט להתאים את המצב האופטי של הסיבים בגלבו. חלק מהקושי נובע בקוטר השדה במצב הגדול (MFD) של SMF (~ 10 מיקרומטר). בצד המכשיר המשולב, קיים מוליך גל סיליקון 500 ננומטר-רחב עם MFD קטן בהרבה (&lt;1 מיקרומטר). המעבר ממצב זה בין סיבים לבין מוליך גל ניתן לשפר בשתי דרכים: SMF באורך של סיבים UHNA או הצבת להתחדד הפוך לקצה של שבבים פוטוניים. האזור איחה between SMF ומעשי סיבי UHNA כמו ממיר מצב, הקטנת הגודל של המצב ל ~ 3 מיקרומטר. להתחדד הפוכים משמש להרחבת המצב על השבב ידי הקטנת הרוחב של מוליך הגל כפי שהוא מתקרב ההיבט. שבב זה משתמש להתחדד ליניארית מ 500 בגלבו ננומטר עד 150 ננומטר העצות (על היבטי השבב), עם אורך מעבר של 300 מיקרומטר. היצרות רוחב מוליך הגל לקצה תוצאות השבב לירידה במדד האפקטיבי של המצב האופטי, בתורו, במצב מתרחב. הליטוש של פן השבב הוא גם מאוד חשוב במיתון אובדן אופטי. שני חששות תוך הליטוש עוצרים על פני השטח הרצויים delaminating חומר החיפוי העליון. באופן אידיאלי, העמדה הסופית של ההיבט תהיה דווקא בסוף להתחדד. עם זאת, זה די קשה להשיג, ומסיבה זו, הקצה להתחדד הוארך על ידי 100 מיקרומטר כך הליטוש ניתן לעצור כמה מיקרונים לפנילהתחדד מתחיל. אם החומר מעט מדי מוסר, במצב לא ליפול בפח בצורה יעילה על ידי להתחדד. אם חומר יותר מדי מוסר, תהיה התאמת מצב גדולה בממשק סיבים / שבב, ועוד של האור יאבד. החשש העיקרי השני הוא delamination של החיפוי העליון. אם יש בעיות עם ייצור (ניקיון או ללחץ מוגזם החיפוי), החיפוי לא יכול לדבוק המצע בקצה השבב. כאשר delamination קורה להתרחש באחת בגלבו, זה יביא יעילות צימוד עניים מאוד. אם הוא שם לב במהלך ליטוש, חומר סיכת ליטוש למעט מים יכול לשפר את התוצאות. יש מקום לשיפור בפרוטוקול לעיל. השיפור הגדול ביותר יבוא משימוש בשיטה סטנדרטית יותר עבור תרמית כוונון המכשיר. השיטה משמשת כאן הייתה תוצאה של תהליך ייצור פשוט שלא כלל שום שכבות מתכת. בדרך כלל, resistive לישכבת הטל משמשת גופי חימום, ואת שכבת מתכת פערי מוליך שמש רפידות מגע וחוטים מן הרפידות כדי גופי החימום. שלב א &#39;לאחר מכן ניתן להשתמש כדי להגדיר את בדיקות על הכריות, המאפשר מתח כדי להיות מיושם על המחממים. זה מאפשר רמה גבוהה יותר של שליטה ויציבות. שבב סיליקון פוטוניים דומה למה נבדק כאן אבל עם מחממי מתכת מוצג בסרטון המצורף. ישנן שיטות אחרות של צימוד אור על השבב פוטוניים. עבור עבודה זו, צימוד קצה שמש. שיטות נפוצות אחרות כוללות צימוד מקום פנוי צימוד צורם. צימוד מקום פנוי מסתמך על אלמנטים אופטיים בתפזורת ליישר ולמקד את הקורה לתוך מוליך הגל בקצה השבב. החסרון עם צימוד בדרך זו הוא שהיא יכולה להיות מאוד קשה כדי לייעל את היישור של הקרן, ויש תמיד יהיה השתקפות בממשק בשל ההבדל במדד. מצמדי פומפיית פיזור האור מן הגלאנכי להנחות, כך בסופו של סיבים ניתן להציב על פני השטח של החיפוי על זוג למכשיר. גם אלה נושאים מסוימים, כולל יישור קשה (הסיבים הם לעתים קרובות בקו ראייה של המיקרוסקופ) והפסדים גבוהים. צימוד קצה סיב אינו מושלם. לחיצה על הסיבים נגד השבב יכול לפגוע קצות הסיבים, ושניהם סיבי קצה השבב צורכים לנקות בתדירות גבוהה. היתרון של צימוד קצה סיב הוא כי היישור הרבה יותר קל מאשר שתי שיטות האחרות הוא מסוגל להשיג הפסדים נמוכים. ככל שהמורכבות של עליות מערכות אופטיות, הדרך הריאלית רק להם סולם לתוך פלטפורמה יציבה היא מערכת משולבת, בדומה לדרך טכנולוגיה אלקטרונית. האתגר הוא התמזגות פלטפורמת פוטוניקס משולב עם בתפזורת ומערכות אופטיות מבוססות סיבים שכבר פרוסים. עם הניצול של מערכות מידע קוונטי מבוסס פוטון, שבו INFקשקשי מרחב ormation אקספוננציאלית (לעומת קנה המידה ליניארי של מערכות קלסיות), יציבות שלב ו הפסד נמוך משולבי טכנולוגיות פוטוניים הם עליונים להצלחה. הפרוטוקול שתארנו משמש נתיב ראשוני קדימה לקידום טכנולוגיה מתפתחת זו.

הסיליקון הוא מראה הבטחה גדולה כפלטפורמה פוטוניקס לעיבוד אינפורמציה קוונטית 1, 2, 3, 4, 5. אחד המרכיבים החיוניים של מעגלי פוטוניים קוונטים הוא מקור הפוטון. מקורות פוטון-זוג פותחו מן סיליקון בצורת תהודת מייקרו-טבעת שנעשתה באמצעות תהליך ליניארית מסדר שלישי, ערבוב של ארבעת גלים ספונטני (SFWM) 6, 7, 8. מקורות אלה הם מסוגלים לייצר זוגות פוטונים נבדל, אשר הם אידיאליים עבור ניסויים מעורבים פוטון הסתבכות 9. חשוב לציין טבעת כי מקורות מהוד יכול לפעול הן עם כיוון השעון ועל התפשטות נגד כיוון השעון, ואת שני כיוונים התפשטות שונים הם גניםעצרת עצמאית זו מזו. זה מאפשר צלצול יחיד לתפקד כשני מקורות. כאשר שאוב אופטי משני הכיוונים, מקורות אלה יוצרים המדינה הסתבכה הבאה: <img alt="משוואה 1" src="/files/ftp_upload/55257/55257eq1.jpg" /> איפה <img alt="משוואה 2" src="/files/ftp_upload/55257/55257eq2.jpg" /> ו <img alt="משוואה 3" src="/files/ftp_upload/55257/55257eq3.jpg" /> הם מפעילי יצירה העצמאיים עבור clockwise- ו נגד-הפצה דו-פוטונים, בהתאמה. זוהי צורה מאוד רצויה של מדינה מסובכת ידועה כמדינת N00N (N = 2) 10. עובר למצב זה באמצעות אינטרפרומטר על-שבב מאך-זנדר (MZI) התוצאה היא מדינה: <img alt="משוואה 4" src="/files/ftp_upload/55257/55257eq4.jpg" /> מצב זה נע בין מקרה מקסימלית מקרה אפס בבית פעמיםתדירות הפרעות קלאסית בבית MZI, להכפיל את הרגישות ביעילות של אינטרפרומטר 10. כאן, אנו מציגים את ההליך משמש לבדיקה כגון מקור פוטון משולב מכשיר MZI.

<table border="0" cellpadding="0" cellspacing="0" width="781">
	<colgroup>
		<col />
		<col />
		<col />
		<col />
	</colgroup>
	<tbody>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:339px;">3-Axis NanoMax Flexure Stage</td>
			<td style="width:149px;">Thorlabs</td>
			<td style="width:127px;">MAX312D</td>
			<td style="width:167px;">Precision 3-axis stages</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:339px;">Three Channel Piezo Controller</td>
			<td style="width:149px;">Thorlabs</td>
			<td style="width:127px;">MDT693B</td>
			<td>Piezo controllers for NanoMax stages</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">Fiber Polarization Controller</td>
			<td style="width:149px;">Thorlabs</td>
			<td style="width:127px;">FPC562</td>
			<td>3-Paddle fiber-based polarization controller</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">Fiber Cleaver</td>
			<td style="width:149px;">Thorlabs</td>
			<td style="width:127px;">XL411</td>
			<td>Fiber cleaver</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">Standard V-Groove Fiber Holder</td>
			<td style="width:149px;">Thorlabs</td>
			<td style="width:127px;">HFV001</td>
			<td>standard v-groove mount</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">Tapered V-Groove Fiber Holder</td>
			<td style="width:149px;">Thorlabs</td>
			<td style="width:127px;">HFV002</td>
			<td>tapered v-groove mount</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">Right-Angle Top Plate for NanoMax Stage</td>
			<td style="width:149px;">Thorlabs</td>
			<td style="width:127px;">AMA011</td>
			<td>right-angle bracket</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">50:50 Fiber Optic Coupler</td>
			<td style="width:149px;">Thorlabs</td>
			<td style="width:127px;">TW1550R5F1</td>
			<td>50/50 combiner</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:339px;">Optical Fiber Fusion Splicer</td>
			<td style="width:149px;">Fujikura</td>
			<td style="width:127px;">FSM-40S</td>
			<td>Fusion splicer</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:339px;">MultiPrep Polishing System - 8&#34;</td>
			<td style="width:149px;">Allied High Tech</td>
			<td style="width:127px;">15-2100</td>
			<td>Chip polisher</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:339px;">Cross-Sectioning Paddle with Reference Edge</td>
			<td style="width:149px;">Allied High Tech</td>
			<td style="width:127px;">15-1010-RE</td>
			<td>Polishing mount</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:339px;">Lightwave Measurement System</td>
			<td style="width:149px;">Keysight</td>
			<td style="width:127px;">8164B</td>
			<td>Mainframe for tunable laser</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:339px;">Tunable Laser Source</td>
			<td style="width:149px;">Keysight</td>
			<td style="width:127px;">81606A</td>
			<td>Tunable laser</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:339px;">Optical Power Sensor</td>
			<td style="width:149px;">Keysight</td>
			<td style="width:127px;">81634B</td>
			<td>Power meter</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:339px;">NIR Single Photon Detector</td>
			<td style="width:149px;">ID Quantique</td>
			<td style="width:127px;">ID210</td>
			<td>Single photon detectors</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:339px;">NIR Single Photon Detector</td>
			<td style="width:149px;">ID Quantique</td>
			<td style="width:127px;">ID230</td>
			<td>Low noise, free-running single photon detectors</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:339px;">PicoHarp</td>
			<td style="width:149px;">PicoQuant</td>
			<td style="width:127px;">PicoHarp 300</td>
			<td>Time-correlated single photon counting</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:339px;">WiDy SWIR InGaAs Camera</td>
			<td style="width:149px;">NIT</td>
			<td style="width:127px;">640U-S</td>
			<td>IR Camera</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:339px;">WDM Bandpass Filter</td>
			<td style="width:149px;">JDS Uniphase</td>
			<td style="width:127px;">30055053-368-2.2</td>
			<td>pump cleanup filters</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:339px;">WDM Bandpass Filter</td>
			<td style="width:149px;">JDS Uniphase</td>
			<td style="width:127px;">1011787-012</td>
			<td>pump rejection filters</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:339px;">Ultra-High Numerical Aperture Fiber</td>
			<td style="width:149px;">Nufern</td>
			<td style="width:127px;">UHNA-7</td>
			<td>high index fiber</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:339px;">Ultra Optical Single Mode Fiber</td>
			<td style="width:149px;">Corning</td>
			<td style="width:127px;">SMF-28</td>
			<td>standard single mode fiber</td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

measurement of quantum interference in a silicon ring resonator photon source

שבבי סיליקון פוטוניים יש את הפוטנציאל לממש מורכבים מעגלי עיבוד מידע קוונטי משולב, כולל מקורות פוטון, מניפולציה קיוביט, וכן גלאי פוטון יחיד משולבת. כאן, אנו מציגים את ההיבטים המרכזיים של הכנה ובדיקת שבב קוונטי סיליקון פוטוניים עם מקור פוטון משולב אינטרפרומטר שני פוטונים. ההיבט החשוב ביותר של מעגל קוונטים משולב הוא מזעור הפסד כך שכל הפוטונים שנוצרו מזוהים עם הנאמנות הגבוהה ביותר האפשרית. כאן, אנו מתארים כיצד לבצע צימוד קצה הפסד נמוך באמצעות סיבי צמצם מספריים גבוהים במיוחד מקרוב כדי להתאים את המצב של בגלבו סיליקון. באמצעות מתכון שחבור היתוך אופטימיזציה, סיבי UHNA הוא מתממשקת בצורה חלקה עם סיב יחיד במצב רגיל. צימוד הפסד נמוך זה מאפשר מדידה של ייצור פוטון באיכות הגבוהה בתוך מהוד טבעת סיליקון משולב ואת ההפרעה דו-פוטון העוקבת של p מיוצרhotons בתוך אינטרפרומטר מאך-זנדר משולבים באופן הדוק. מאמר זה מתאר את הליכי חיוני ההכנה והאפיון של ביצועים גבוהים ומעגלי פוטוניים קוונטים סיליקון להרחבה.

ספירת פוטון יחידה מכל גלאי, כמו גם את ספירת צירוף המקרים, נאספה כשלב היחסי בין שני הנתיבים היה מכוון. ספירת הבודדים (איור 5 א) להראות את תבנית התאבכות הקלסית מתוך MZI עם רמות של חשיפה של 94.5 ± 1.6% ו 94.9 ± 0.9%. מדידות צירוף המקרים (איור 5) להראות את הפרעת קוונטי המדינה הסתבכה, כפי שברור התנודה בבית פעמים התדירה של תבנית ההתאבכות הקלסית, עם חשיפה של 93.3 ± 2.0% (96.0 ± 2.1% עם accidentals מופחתים) . כדי לאשר כי הפוטונים נוצרים בעיקר הטבעת, המשאבות שהוגדרו לשתי תהודות שתחייבנה את הפוטונים דו להיוצר באורך גל לא נתמך על ידי הטבעת. הקו הכתום איור 5 ב מאשר כי, עם תצורה כזו, אין coincidenc משמעותי<html> es. איור 6 מראה את ספירת המקרה עבור זוגות תהודה הזמינים כי הם סימטריים בתדירות על התהודה מתאימה דו-הפוטונים הרצויים. בכל המקרים, את תלות θ 2 של השלב היחסי ניכרת. <img alt="איור 1" src="/files/ftp_upload/55257/55257fig1.jpg" /> איור 1: testbed הניסיון עבור הסבב עבור הגל הסיליקון. (א) תמונה של שבב קוונטי סיליקון פוטוניים המציין את כיוון ההתפשטות של הפוטונים. ההבלעה היא דיאגרמה שימור אנרגיה לתהליך הערבוב של ארבעת גלים המתרחש בתוך הטבעת. (ב) התקנה ניסיונית משמש לבדיקת מעגלים פוטוניים סיליקון. (ג) הילוכים ספקטרום של חלל מיקרו-הטבעת, עם חצים המצביעים בתצורת שאיבה וכן את אורך הגל של דו-פוטונים שנוצר.s / ftp_upload / 55,257 / 55257fig1large.jpg&quot; target = &#39;_ blank&#39;&gt; אנא לחץ כאן כדי להציג גרסה גדולה יותר של דמות זו. <img alt="איור 2" src="/files/ftp_upload/55257/55257fig2.jpg" /> איור 2: Facet שיפוץ מן הליטוש. תמונות של היבט של שבב סיליקון פוטוניים (א) לאחר ייצור אבל לפני ליטוש ו- (ב) לאחר ליטוש. <a href="https://ecsource-jove-com.remotexs.ntu.edu.sg/files/ftp_upload/55257/55257fig2large.jpg" target="_blank">אנא לחץ כאן כדי להציג גרסה גדולה יותר של דמות זו.</a> <img alt="איור 3" src="/files/ftp_upload/55257/55257fig3.jpg" /> איור 3: אפיון עבור גל נפיץ. מגרש של תלות באורך גל של המדד בקבוצה. אזור אהילים האדום הוא נציג של רוחב הפס של התהודות ומאפשר הערכה הקלה של השלב-maמצב tching. הקו המקווקו הירוק הוא אופקי נמצא לחלוטין בתוך האזור המוצל, הוכחה כי תנאי שלב ההתאמה הוא מרוצה. העובדה שהנתונים שטוחים פני כל הטווח היא אישור של פיזור אפס. <a href="https://ecsource-jove-com.remotexs.ntu.edu.sg/files/ftp_upload/55257/55257fig3large.jpg" target="_blank">אנא לחץ כאן כדי להציג גרסה גדולה יותר של דמות זו.</a> <img alt="איור 4" src="/files/ftp_upload/55257/55257fig4.jpg" /> איור 4: מדידת בד בבד פוטונים. מגרש של שיא מקרה נמדד עם קורלטור פעמי עם זמן אינטגרציה של 90 s ו החלטה עיתוי 32 PS. קווי מקווקו אדום מציינים את הקצוות של החלון צירוף מקרים, בהם יש בסך הכל 459 צירופי מקרים. <a href="https://ecsource-jove-com.remotexs.ntu.edu.sg/files/ftp_upload/55257/55257fig4large.jpg" target="_blank">אנא לחץ כאן כדי להציג גרסה גדולה יותר של דמות זו</a>. <img alt="איור 5" src="/files/ftp_upload/55257/55257fig5.jpg" /> איור 5: מדידות הפרעה קלאסית ו קוונטית. (א) אור הקלסי הוכחת תבנית ההתאבכות הטיפוסית מתוך MZI כשלב היחסי בין שני הנתיבים מגוון. (ב) מדידות קורלציה צירוף מקרים מראות את תלות 2 θ של השלב היחסי. <a href="https://ecsource-jove-com.remotexs.ntu.edu.sg/files/ftp_upload/55257/55257fig5large.jpg" target="_blank">אנא לחץ כאן כדי להציג גרסה גדולה יותר של דמות זו.</a> <img alt="איור 6" src="/files/ftp_upload/55257/55257fig6.jpg" /> איור 6: ראות Bi-פוטון עבור תצורות אורך גל משאבה שונים. מגרשים של מדידות קורלציה צירופי מקרים של חשיפת מחושב עבור אורכי גל השאיבה של (א </strאונג&gt;) 1,513.5 ננומטר ו 1,592.0 ננומטר, (ב) 1,518.2 ננומטר ו 1,586.9 ננומטר, (ג) 1,522.9 ננומטר ו 1,581.8 ננומטר, (ד) 1,527.7 ננומטר ו 1,576.7 ננומטר, (ה) 1,532.4 ננומטר ו 1,571.6 ננומטר, ו (ו) 1,537.2 ננומטר ו 1,566.6 ננומטר. בכל המקרים, את תלות θ 2 של השלב היחסי ניכרת. <a href="https://ecsource-jove-com.remotexs.ntu.edu.sg/files/ftp_upload/55257/55257fig6large.jpg" target="_blank">אנא לחץ כאן כדי להציג גרסה גדולה יותר של דמות זו.</a> <table fo:keep-together.within-page="1" style=";text-align:right;direction:rtl"><tbody><tr><td colspan="2"> SMF לפרמטרים שחבור סיבים UHNA </td></tr><tr><td> יישר: Core </td><td> פוקוס: אוטומטי </td></tr><tr><td> ECF: Off </td><td> כיבוי אוטומטי </td></tr><tr><td> הגבל קליב: 1 ° </td><td> הגבל זווית Core: 1 ° </td></tr><tr><td> ניקוי Arc: 150 ms </td><td> גאפ: 15 מיקרומטר </td></tr><tr><td> תפקיד Gapset: מרכז </td><td> Prefuse Power: 20 קצת </td></tr><tr><td> Prefuse זמן: 180 ms </td><td> חפיפה: 10 מיקרומטר </td></tr><tr><td> קצת 20: Arc1 Power </td><td> Arc1 זמן: 18,000 ms </td></tr><tr><td> Arc2: Off </td><td> Rearc זמן: 800 ms </td></tr><tr><td> טייפר Splice: Off </td><td></td></tr></tbody></table> טבלה 1: הגדרות עבור Fusion שחבור SMF כדי UHNA סיבים.

Watch this Scientific Journal Video about Measurement of Quantum Interference in a Silicon Ring Resonator Photon Source at JoVE.com

Measurement of Quantum Interference in a Silicon Ring Resonator Photon Source

שבבי סיליקון פוטוניים יש את הפוטנציאל לממש מערכות קוונטיות משולבים מורכבים. אנו מציגים כאן שיטה להכנת ובדיקת שבב סיליקון פוטוניים למדידות הקוונטים.

מדידה של Quantum הפרעות מקור פוטון מהוד טבעת הסיליקון

Silicon photonic chips have the potential to realize complex integrated quantum information processing circuits, including photon sources, qubit ...

measurement-quantum-interference-silicon-ring-resonator-photon

Nanyang Technological University

Research

JoVE Journal

Engineering

8.3K Views.  Rochester Institute of Technology.  שבבי סיליקון פוטוניים יש את הפוטנציאל לממש מערכות קוונטיות משולבים מורכבים. אנו מציגים כאן שיטה להכנת ובדיקת שבב סיליקון פוטוניים למדידות הקוונטים. 

Video: Measurement of Quantum Interference in a Silicon Ring Resonator Photon Source

Gradient Echo Quantum Memory in Warm Atomic Vapor

Gradient echo memory (GEM) is a protocol for storing optical quantum states of light in atomic ensembles. The primary motivation for such a technology is that quantum key distribution (QKD), which uses Heisenberg uncertainty to guarantee security of cryptographic keys, is limited in transmission distance. The development of a quantum repeater is a possible path to extend QKD range, but a repeater will need a quantum memory. In our experiments we use a gas of rubidium 87 vapor that is contained in a warm gas cell. This makes the scheme particularly simple. It is also a highly versatile scheme that enables in-memory refinement of the stored state, such as frequency shifting and bandwidth manipulation. The basis of the GEM protocol is to absorb the light into an ensemble of atoms that has been prepared in a magnetic field gradient. The reversal of this gradient leads to rephasing of the atomic polarization and thus recall of the stored optical state. We will outline how we prepare the atoms and this gradient and also describe some of the pitfalls that need to be avoided, in particular four-wave mixing, which can give rise to optical gain.

The gradient echo memory is a protocol for storing optical quantum states of light in atomic ensembles. Quantum memory is a key element of a quantum repeater, which can extend the range of quantum key distribution. We outline the operation of the scheme when implemented in a 3-level atomic ensemble.

Gradient Echo קוונטית זיכרון בחם אטומי החמקן

Gradient  echo memory (GEM) is a protocol for storing optical quantum states of light in  atomic ensembles. The primary motivation for such a technology ...

Analysis of Contact Interfaces for Single GaN Nanowire Devices

Single GaN nanowire (NW) devices fabricated on SiO2 can exhibit a strong degradation after annealing due to the occurrence of void formation at the contact/SiO2 interface. This void formation can cause cracking and delamination of the metal film, which can increase the resistance or lead to a complete failure of the NW device. In order to address issues associated with void formation, a technique was developed that removes Ni/Au contact metal films from the substrates to allow for the examination and characterization of the contact/substrate and contact/NW interfaces of single GaN NW devices. This procedure determines the degree of adhesion of the contact films to the substrate and NWs and allows for the characterization of the morphology and composition of the contact interface with the substrate and nanowires. This technique is also useful for assessing the amount of residual contamination that remains from the NW suspension and from photolithographic processes on the NW-SiO2 surface prior to metal deposition. The detailed steps of this procedure are presented for the removal of annealed Ni/Au contacts to Mg-doped GaN NWs on a SiO2 substrate.

A technique was developed that removes Ni/Au contact metal films from their substrate to allow for the examination and characterization of the contact/substrate and contact/NW interfaces of single GaN nanowire devices.

ניתוח של ממשקי מגע עבור יחיד התקני Nanowire גן

Single GaN nanowire (NW) devices fabricated on SiO2 can exhibit  a strong degradation after annealing due to the  occurrence of void formation at the ...

Fabrication of Uniform Nanoscale Cavities via Silicon Direct Wafer Bonding

Measurements of the heat capacity and superfluid fraction of confined 4He have been performed near the lambda transition using lithographically patterned and bonded silicon wafers. Unlike confinements in porous materials often used for these types of experiments3, bonded wafers provide predesigned uniform spaces for confinement. The geometry of each cell is well known, which removes a large source of ambiguity in the interpretation of data.
Exceptionally flat, 5 cm diameter, 375 &#181;m thick Si wafers with about 1 &#181;m variation over the entire wafer can be obtained commercially (from Semiconductor Processing Company, for example). Thermal oxide is grown on the wafers to define the confinement dimension in the z-direction. A pattern is then etched in the oxide using lithographic techniques so as to create a desired enclosure upon bonding. A hole is drilled in one of the wafers (the top) to allow for the introduction of the liquid to be measured. The wafers are cleaned2 in RCA solutions and then put in a microclean chamber where they are rinsed with deionized water4. The wafers are bonded at RT and then annealed at ~1,100 &#176;C. This forms a strong and permanent bond. This process can be used to make uniform enclosures for measuring thermal and hydrodynamic properties of confined liquids from the nanometer to the micrometer scale.

A method for permanently bonding two silicon wafers so as to realize a uniform enclosure is described. This includes wafer preparation, cleaning, RT bonding, and annealing processes. The resulting bonded wafers (cells) have uniformity of enclosure ~1%1,2. The resulting geometry allows for measurements of confined liquids and gasses.

ייצור חללים ננומטריים אחידים באמצעות מליטה וופל ישיר סיליקון

Measurements of the heat capacity and superfluid fraction of confined 4He have been performed near the lambda transition using lithographically patterned ...

Selective Area Modification of Silicon Surface Wettability by Pulsed UV Laser Irradiation in Liquid Environment

The wettability of silicon (Si) is one of the important parameters in the technology of surface functionalization of this material and fabrication of biosensing devices. We report on a protocol of using KrF and ArF lasers irradiating Si (001) samples immersed in a liquid environment with low number of pulses and operating at moderately low pulse fluences to induce Si wettability modification. Wafers immersed for up to 4 hr in a 0.01% H2O2/H2O solution did not show measurable change in their initial contact angle (CA) ~75&#176;. However, the 500-pulse KrF and ArF lasers irradiation of such wafers in a microchamber filled with 0.01% H2O2/H2O solution at 250 and 65 mJ/cm2, respectively, has decreased the CA to near 15&#176;, indicating the formation of a superhydrophilic surface. The formation of OH-terminated Si (001), with no measurable change of the wafer&#8217;s surface morphology, has been confirmed by X-ray photoelectron spectroscopy and atomic force microscopy measurements. The selective area irradiated samples were then immersed in a biotin-conjugated fluorescein-stained nanospheres solution for 2 hr, resulting in a successful immobilization of the nanospheres in the non-irradiated area. This illustrates the potential of&#160;the method for selective area biofunctionalization and fabrication of advanced Si-based biosensing architectures. We also describe a similar protocol of irradiation of wafers immersed in methanol (CH3OH) using ArF laser operating at pulse fluence of 65 mJ/cm2 and in situ formation of a strongly hydrophobic surface of Si (001) with the CA of 103&#176;. The XPS results indicate ArF laser induced formation of Si&#8211;(OCH3)x compounds responsible for the observed hydrophobicity. However, no such compounds were found by XPS on the Si surface irradiated by KrF laser in methanol, demonstrating the inability of the KrF laser to photodissociate methanol and create -OCH3 radicals.

We report on a process of in situ alteration of HF treated Si (001) surface into a hydrophilic or hydrophobic state by irradiating samples in microfluidic chambers filled with&#160;H2O2/H2O solution (0.01%-0.5%) or methanol solutions using pulsed UV laser of a relative low pulse fluence.

פינת שינוי סלקטיבית של יכולת רטיבות משטח סיליקון על ידי פעמו UV לייזר הקרנה בסביבה נוזלית

The wettability of silicon (Si) is one of the important parameters in the technology of surface functionalization of this material and fabrication of ...

Silicon Metal-oxide-semiconductor Quantum Dots for Single-electron Pumping

As mass-produced silicon transistors have reached the nano-scale, their behavior and performances are increasingly affected, and often deteriorated, by quantum mechanical effects such as tunneling through single dopants, scattering via interface defects, and discrete trap charge states. However, progress in silicon technology has shown that these phenomena can be harnessed and exploited for a new class of quantum-based electronics. Among others, multi-layer-gated silicon metal-oxide-semiconductor (MOS) technology can be used to control single charge or spin confined in electrostatically-defined quantum dots (QD). These QD-based devices are an excellent platform for quantum computing applications and, recently, it has been demonstrated that they can also be used as single-electron pumps, which are accurate sources of quantized current for metrological purposes. Here, we discuss in detail the fabrication protocol for silicon MOS QDs which is relevant to both quantum computing and quantum metrology applications. Moreover, we describe characterization methods to test the integrity of the devices after fabrication. Finally, we give a brief description of the measurement set-up used for charge pumping experiments and show representative results of electric current quantization.

The fabrication process and experimental characterization techniques relevant to single-electron pumps based on silicon metal-oxide-semiconductor quantum dots are discussed.

סיליקון מתכת-תחמוצת-מוליכים למחצה קוונטי נקודות לשאיבת חד אלקטרון

As mass-produced silicon transistors have reached the nano-scale, their behavior and performances are increasingly affected, and often deteriorated, by ...

Measurement of X-ray Beam Coherence along Multiple Directions Using 2-D Checkerboard Phase Grating

A procedure for a technique to measure the transverse coherence of synchrotron radiation X-ray sources using a single phase grating interferometer is reported. The measurements were demonstrated at the 1-BM bending magnet beamline of the Advanced Photon Source (APS) at Argonne National Laboratory (ANL). By using a 2-D checkerboard &#960;/2 phase-shift grating, transverse coherence lengths were obtained along the vertical and horizontal directions as well as along the 45&#176; and 135&#176; directions to the horizontal direction. Following the technical details specified in this paper, interferograms were measured at different positions downstream of the phase grating along the beam propagation direction. Visibility values of each interferogram were extracted from analyzing harmonic peaks in its Fourier Transformed image. Consequently, the coherence length along each direction can be extracted from the evolution of visibility as a function of the grating-to-detector distance. The simultaneous measurement of coherence lengths in four directions helped identify the elliptical shape of the coherence area of the Gaussian-shaped X-ray source. The reported technique for multiple-direction coherence characterization is important for selecting the appropriate sample size and orientation as well as for correcting the partial coherence effects in coherence scattering experiments. This technique can also be applied for assessing coherence preserving capabilities of X-ray optics.

The measurement protocol and data analysis procedure are given for obtaining transverse coherence of a synchrotron radiation X-ray source along four directions simultaneously using a single 2-D checkerboard phase grating. This simple technique can be applied for complete transverse coherence characterization of X-ray sources and X-ray optics.

מדידת רנטגן Beam קוהרנטיות לאורך כיוונים מרובים באמצעות 2-D דמקה שלב פומפיה

A procedure for a technique to measure the transverse coherence of synchrotron radiation X-ray sources using a single phase grating interferometer is ...

Optical Trap Loading of Dielectric Microparticles In Air

We demonstrate a method to trap a selected dielectric microparticle in air using radiation pressure from a single-beam gradient optical trap. Randomly scattered dielectric microparticles adhered to a glass substrate are momentarily detached using ultrasonic vibrations generated by a piezoelectric transducer (PZT). Then, the optical beam focused on a selected particle lifts it up to the optical trap while the vibrationally excited microparticles fall back to the substrate. A particle may be trapped at the nominal focus of the trapping beam or at a position above the focus (referred to here as the levitation position) where gravity provides the restoring force. After the measurement, the trapped particle can be placed at a desired position on the substrate in a controlled manner. 
In this protocol, an experimental procedure for selective optical trap loading in air is outlined. First, the experimental setup is briefly introduced. Second, the design and fabrication of a PZT holder and a sample enclosure are illustrated in detail. The optical trap loading of a selected microparticle is then demonstrated with step-by-step instructions including sample preparation, launching into the trap, and use of electrostatic force to excite particle motion in the trap and measure charge. Finally, we present recorded particle trajectories of Brownian and ballistic motions of a trapped microparticle in air. These trajectories can be used to measure stiffness or to verify optical alignment through time domain and frequency domain analysis. Selective trap loading enables optical tweezers to track a particle and its changes over repeated trap loadings in a reversible manner, thereby enabling studies of particle-surface interaction.

A protocol for launching and stably trapping selected dielectric microparticles in air is presented.

טוען מלכודת אופטית של דיאלקטרי microparticles באוויר

We demonstrate a method to trap a selected dielectric microparticle in air using radiation pressure from a single-beam gradient optical trap. Randomly ...

Standardized Method for Measuring Collection Efficiency from Wipe-sampling of Trace Explosives

One of the limiting steps to detecting traces of explosives at screening venues is effective collection of the sample. Wipe-sampling is the most common procedure for collecting traces of explosives, and standardized measurements of collection efficiency are needed to evaluate and optimize sampling protocols. The approach described here is designed to provide this measurement infrastructure, and controls most of the factors known to be relevant to wipe-sampling. Three critical factors (the applied force, travel distance, and travel speed) are controlled using an automated device. Test surfaces are chosen based on similarity to the screening environment, and the wipes can be made from any material considered for use in wipe-sampling. Particle samples of the explosive 1,3,5-trinitroperhydro-1,3,5-triazine (RDX) are applied in a fixed location on the surface using a dry-transfer technique. The particle samples, recently developed to simulate residues made after handling explosives, are produced by inkjet printing of RDX solutions onto polytetrafluoroethylene (PTFE) substrates. Collection efficiency is measured by extracting collected explosive from the wipe, and then related to critical sampling factors and the selection of wipe material and test surface. These measurements are meant to guide the development of sampling protocols at screening venues, where speed and throughput are primary considerations.

Optimized sampling protocols and the development of new wipe materials can be facilitated by standardized measurements of collection efficiency from wipe-sampling. Our approach for sampling trace explosives uses an automated device to control speed, force, and distance during wipe-sampling followed by extraction of collected explosives.

שיטה סטנדרטית למדידת יעילות גבייה נגב-דגימה של חומרי נפץ Trace

One of the limiting steps to detecting traces of explosives at screening venues is effective collection of the sample. Wipe-sampling is the most common ...

Fabrication of Polymer Microspheres for Optical Resonator and Laser Applications

This paper describes three methods of preparing fluorescent microspheres comprising &#960;-conjugated or non-conjugated polymers: vapor diffusion, interface precipitation, and mini-emulsion. In all methods, well-defined, micrometer-sized spheres are obtained from a self-assembling process in solution. The vapor diffusion method can result in spheres with the highest sphericity and surface smoothness, yet the types of the polymers able to form these spheres are limited. On the other hand, in the mini-emulsion method, microspheres can be made from various types of polymers, even from highly crystalline polymers with coplanar, &#960;-conjugated backbones. The photoluminescent (PL) properties from single isolated microspheres are unusual: the PL is confined inside the spheres, propagates at the circumference of the spheres via the total internal reflection at the polymer/air interface, and self-interferes to show sharp and periodic resonant PL lines. These resonating modes are so-called "whispering gallery modes" (WGMs). This work demonstrates how to measure WGM PL from single isolated spheres using the micro-photoluminescence (&#181;-PL) technique. In this technique, a focused laser beam irradiates a single microsphere, and the luminescence is detected by a spectrometer. A micromanipulation technique is then used to connect the microspheres one by one and to demonstrate the intersphere PL propagation and color conversion from coupled microspheres upon excitation at the perimeter of one sphere and detection of PL from the other microsphere. These techniques, &#181;-PL and micromanipulation, are useful for experiments on micro-optic application using polymer materials.

Protocols for the synthesis of microspheres from polymers, the manipulation of microspheres, and micro-photoluminescence measurements are presented.

ייצור של פולימרים microspheres עבור מהוד אופטי ויישומי לייזר

This paper describes three methods of preparing fluorescent microspheres comprising &#960;-conjugated or non-conjugated polymers: vapor diffusion, ...

Synchrotron X-ray Microdiffraction and Fluorescence Imaging of Mineral and Rock Samples

In this report, we describe a detailed procedure for acquiring and processing&#160;x-ray microfluorescence (&#956;XRF), and Laue and powder microdiffraction two-dimensional (2D) maps at beamline 12.3.2 of the Advanced Light Source (ALS), Lawrence Berkeley National Laboratory. Measurements can be performed on any sample that is less than 10 cm x 10 cm x 5 cm, with a flat exposed surface. The experimental geometry is calibrated using standard materials (elemental standards for XRF, and crystalline samples such as Si, quartz, or Al2O3 for diffraction). Samples are aligned to the focal point of the x-ray microbeam, and raster scans are performed, where each pixel of a map corresponds to one measurement, e.g., one XRF spectrum or one diffraction pattern. The data are then processed using the in-house developed software XMAS, which outputs text files, where each row corresponds to a pixel position. Representative data from moissanite and an olive snail shell are presented to demonstrate data quality, collection, and analysis strategies.

We describe a beamline setup meant to carry out rapid two-dimensional x-ray fluorescence and x-ray microdiffraction mapping of single crystal or powder samples using either Laue (polychromatic radiation) or powder (monochromatic radiation) diffraction. The resulting maps give information about strain, orientation, phase distribution, and plastic deformation.