Оптимизация дисперсионных свойств кольцевого микрорезонатора
Чуприна И.Н., Калачёв А.А.

 

Казанский федеральный университет, Институт физики,

Казанский физико-технический институт им. Е.К. Завойского КазНЦ РАН

Аннотация:
Работа посвящена проблеме создания интегральных однофотонных источников на основе спонтанного четырёхволнового смешения в кольцевых микрорезонаторах. На примере резонатора из нитрида кремния рассчитана дисперсия групповой скорости в широком диапазоне длин волн для случая, когда кольцевой резонатор состоит из прямых и изогнутых участков, и показано, что для различных длин волн излучения накачки можно найти оптимальное соотношение высоты и ширины волновода, при котором достигается нулевая дисперсия групповой скорости при минимальной высоте резонатора. Такие волноводы, обеспечивающие нулевую дисперсию и обладающие минимальной высотой, являются оптимальными для создания кольцевых микрорезонаторов, позволяющих генерировать однофотонные состояния в режиме невырожденного спонтанного четырёхволнового смешения.

Ключевые слова:
кольцевой микрорезонатор, спонтанное четырёхволновое смешение, однофотонный источник, групповая скорость.

Цитирование:
Чуприна, И.Н. Оптимизация дисперсионных свойств кольцевого микрорезонатора / И.Н. Чуприна, А.А. Калачев // Компьютерная оптика. – 2017. – T. 41, № 2. – C. 155-159. – DOI: 10.18287/2412-6179-2017-41-2-155-159.

Литература:

  1. Eisaman, M.D. Invited review article: Single-photon sources and detectors / M.D. Eisaman, J. Fan, A. Migdall, S.V. Polyakov // Review of Scientific Instruments. – 2011. – Vol. 82, Issue 7. – 071101. – DOI: 10.1063/1.3610677.
  2. Chunnilall, C.J. Metrology of single-photon sources and detectors: A review / C.J. Chunnilall, I.P. Degiovanni, S. Kück, I. Müller, A.G. Sinclair // Optical Engineering. – 2014. – Vol. 53, Issue 8. – 081910. – DOI: 10.1117/1.OE.53.8.081910.
  3. Takeuchi, S. Recent progress in single-photon and entangled-photon generation and applications / S. Takeuchi // Japanese Journal of Applied Physics. – 2014. – Vol. 53, Issue 3. – 030101. – DOI: 10.7567/JJAP.53.030101.
  4. Bertolotti, M. Quantum state engineering. Generation of single and pairs of photons / M. Bertolotti, F. Bovino, C. Sibilia // Progress in Optics. – 2015. – Vol. 60. – P. 1-117. – DOI: 10.1016/bs.po.2015.02.001.
  5. Sangouard, N. Quantum repeaters based on atomic ensembles and linear optics / N. Sangouard, Ch. Simon, H. de Ried­matten, N. Gisin // Reviews of Modern Physics. – 2011. – Vol. 83, Issue 1. – P. 33-80. – DOI: 10.1103/Rev­ModPhys.83.33.
  6. Munro, W.J. Inside quantum repeaters / W.J. Munro, K. Azuma, K. Tamaki, K. Nemoto // IEEE Journal of Selected Topics in Quantum Electronics. – 2015. – Vol. 21, Issue 3. – P. 78-90. – DOI: 10.1109/JSTQE.2015.2392076.
  7. Sangouard, N. What are single photons good for? / N. Sangouard, H. Zbinden // Journal of Modern Optics. – 2012. – Vol. 59, Issue 17. – P. 1458-1464. – DOI: 10.1080/09500340.2012.687500.
  8. Kok, P. Linear optical quantum computing with photonic qubits / P. Kok, W.J. Munro, K. Nemoto, T.C. Ralph, J.P. Dowling, G.J. Milburn // Reviews of Modern Physics. – 2007. – Vol. 79, Issue 1. – P. 135-174. – DOI: 10.1103/Rev­ModPhys.79.135.
  9. Tanzilli, S. On the genesis and evolution of Integrated Quantum Optics / S. Tanzilli, A. Martin, F. Kaiser, M.P. De Micheli, O. Alibart, D.B. Ostrowsky // Laser & Photonics Reviews. – 2012. – Vol. 6, Issue 1. – P. 115-143. – DOI: 10.1002/lpor.201100010.
  10. Meany, T. Laser written circuits for quantum photonics / T. Meany, M. Gräfe, R. Heilmann, A. Perez-Leija, S. Gross, M.J. Steel, M.J. Withford, A. Szameit // Laser & Photonics Reviews. – 2015. – Vol. 9, Issue 4. – P. 363-384. – DOI: 10.1002/lpor.201500061.
  11. Kaiser, F. High-quality polarization entanglement state preparation and manipulation in standard telecommunication channels / F. Kaiser, A. Issautier, L.A. Ngah, O. Da­nila, H. Herrmann, W. Sohler, A. Martin, S. Tanzilli // New Journal of Physics. – 2012. – Vol. 14, Issue 8. – 085015. – DOI: 10.1088/1367-2630/14/8/085015.
  12. Karpinski, M. Dispersion-based control of modal characteristics for parametric down-conversion in a multimode waveguide / M. Karpinski, C. Radzewicz, K. Banaszek // Optics Letters. – 2012. – Vol. 37, Issue 5. – P. 878-880. – DOI: 10.1364/OL.37.000878.
  13. Solntsev, A.S. Spontaneous parametric down-conversion and quantum walks in arrays of quadratic nonlinear waveguides / A.S. Solntsev, A.A. Sukhorukov, D.N. Neshev, Y.S. Kiv­shar // Physical Review Letters. – 2012. – Vol. 108, Issue 2. – 023601. – DOI: 10.1103/PhysRevLett.108.023601.
  14. Krapick, S. An efficient integrated two-color source for heralded single photons / S. Krapick, H. Herrmann, V. Qui­ring, B. Brecht, H. Suche, Ch. Silberhorn // New Journal of Physics. – 2013. – Vol. 15, Issue 3. – 033010. – DOI: 10.1088/1367-2630/15/3/033010.
  15. Solntsev, A.S. Generation of nonclassical biphoton states through cascaded quantum walks on a nonlinear chip / A.S. Soln­tsev, F. Setzpfandt, A.S. Clark, Ch.W. Wu, M.J. Collins, Ch. Xiong, A. Schrei­ber, F. Katzschmann, F. Eilenberger, R. Schiek, W. Soh­ler, A. Mitchell, Ch. Silberhorn, B.J. Eggleton, T. Pertsch, A.A. Su­khorukov, D.N. Neshev, Yu.S. Kivshar // Physical Review X. – 2014. – Vol. 4, Issue 3. – 031007. – DOI: 10.1103/Phys­RevX.4.031007.
  16. Kruse, R. Dual-path source engineering in integrated quantum optics / R. Kruse, L. Sansoni, S. Brauner, R. Ricken, C.S. Hamilton, I. Jex, Ch. Silberhorn // Physical Review A. – 2015. – Vol. 92, Issue 5. – 053841. – DOI: 10.1103/Phys­RevA.92.053841.
  17. Spring, J.B. On-chip low loss heralded source of pure single photons / J.B. Spring, P.S. Salter, B.J. Metcalf, P.C. Humphreys, M. Moore, N. Thomas-Peter, M. Barbieri, X.-M. Jin, N.K. Langford, W.S. Kolthammer, M.J. Booth, I.A. Walmsley // Optics Express. – 2013. – Vol. 21, Issue 11. – P. 13522-13532. – DOI: 10.1364/OE.21.013522.
  18. Kumar, R. Controlling the spectrum of photons generated on a silicon nanophotonic chip / R. Kumar, J.R. Ong, M. Savanier, Sh. Mookherjea // Nature Communications. – 2014. – Vol. 5. – 5489. – DOI: 10.1038/ncomms6489.
  19. Jiang, W.C. Silicon-chip source of bright photon pairs / W.C. Jiang, X. Lu, J. Zhang, O. Painter, Q. Lin // Optics Express. – 2015. – Vol. 23, № 16. – P. 20884-20904. – DOI: 10.1364/OE.23.020884.
  20. Boitier, F. Electrically injected photon-pair source at room temperature / F. Boitier, A. Orieux, C. Autebert, A. Lema­ître, E. Galopin, Ch. Manquest, C. Sirtori, I. Favero, G. Leo, S. Ducci // Physical Review Letters. – 2014. – Vol. 112, Issue 18. – 183901. – DOI: 10.1103/PhysRevLett.112.183901.
  21. Collins, M.J. Integrated spatial multiplexing of heralded single-photon sources / M.J. Collins, C. Xiong, I.H. Rey, T.D. Vo, J. He, S. Shahnia, C. Reardon, T.F. Krauss, M.J. Steel, A.S. Clark, B.J. Eggleton // Nature Communications. – 2013. – Vol. 4. – 2582. – DOI: 10.1038/ncomms3582.
  22. O'Brien, J.L. Photonic quantum technologies / J.L. O'Brien, A. Furusawa, J. Vuckovic // Nature Photonics. – 2009. – Vol. 3(12). – P. 687-695. – DOI: 10.1038/nphoton.2009.229.
  23. Ladd, T.D. Quantum computers / T.D. Ladd, F. Jelezko, R. Laflamme, Y. Nakamura, C. Monroe, J.L. O’Brien // Nature. – 2010. – Vol. 464, Issue 7285. – P. 45-53. – DOI: 10.1038/nature08812.
  24. Walmsley, I.A. Quantum optics: Science and technology in a new light / I.A. Walmsley // Science. – 2015. – Vol. 348, Issue 6234. – P. 525-530. – DOI: 10.1126/science.aab0097.
  25. Moss, D.J. New CMOS-compatible platforms based on silicon nitride and Hydex for nonlinear optics / D.J. Moss, R. Mo­ran­dot­ti, A.L. Gaeta, M. Lipson // Nature Photonics. – 2013. – Vol. 7, Issue 8. – P. 597-607. – DOI: 10.1038/npho­ton.2013.183.
  26. Rabus, D.G. Integrated Ring Resonators / D.G. Rabus. – Berlin, Heidelberg: Springer, 2007. – 258 p. – ISBN: 978-3-540-68786-3.
  27. Luke, K. Broadband mid-infrared frequency comb generation in a Si3N4 microresonator / K. Luke, Y. Okawachi, M.R.E. Lamont, A.L. Gaeta, M. Lipson // Optics Letters. – 2015. – Vol. 40, Issue 21. – P. 4823-4826. – DOI: 10.1364/OL.40.004823.

© 2009, IPSI RAS
Россия, 443001, Самара, ул. Молодогвардейская, 151; электронная почта: ko@smr.ru ; тел: +7 (846) 242-41-24 (ответственный секретарь), +7 (846) 332-56-22 (технический редактор), факс: +7 (846) 332-56-20