📄Работа №52583
Тема: СПОНТАННОЕ ЧЕТЫРЕХВОЛНОВОЕ СМЕШЕНИЕ В КОЛЬЦЕВЫХ МИКРОРЕЗОНАТОРАХ С ИМПУЛЬСНОЙ НАКАЧКОЙ
Тип работы
Бакалаврская работа
Предмет
физика
Объем:
39 листов
Год:
2017
Просмотров:
137
4250
руб.
🛒 Купить работу
Не подходит эта работа?
Закажите новую по вашим требованиям
Узнать цену на написание
Закажите новую по вашим требованиям
Представленный материал является образцом учебного исследования, примером структуры и содержания учебного исследования по заявленной теме. Размещён исключительно в информационных и ознакомительных целях.
Workspay.ru оказывает информационные услуги по сбору, обработке и структурированию материалов в соответствии с требованиями заказчика.
Размещение материала не означает публикацию произведения впервые и не предполагает передачу исключительных авторских прав третьим лицам.
Материал не предназначен для дословной сдачи в образовательные организации и требует самостоятельной переработки с соблюдением законодательства Российской Федерации об авторском праве и принципов академической добросовестности.
Авторские права на исходные материалы принадлежат их законным правообладателям. В случае возникновения вопросов, связанных с размещённым материалом, просим направить обращение через форму обратной связи.
Настоящий учебно-методический информационный материал размещён в ознакомительных и исследовательских целях и представляет собой пример учебного исследования. Не является готовым научным трудом и требует самостоятельной переработки.
📋 Содержание
Обозначения и соглашения 3
Введение 3
1 Интегральная оптика и квантовые оптические технологии 6
1.1 Интегральная квантовая оптика 6
1.2 Кремний на изоляторе 7
1.3 Кольцевые микрорезонаторы 8
1.4 Микрорезонаторы с высокой резкостью 11
2 Спонтанное четырёхволновое смешение в кольцевых микрорезонаторах 13
2.1 Спонтанное четырехволновое смешение 13
2.2 Когерентное состояние поля накачки 14
2.3 Объединенная спектральная амплитуда бифотонного поля ... 15
2.4 Разложение Шмидта
Основные результаты 21
3.1 Моды планарного волновода 21
3.2 Дисперсия групповой скорости 22
3.3 Спектр пропускания резонатора 24
3.4 Объединённая спектральная амплитуда и числа Шмидта 25
3.5 Чистые однофотонные состояния 27
Заключение 29
Список публикаций 30
Доклады на конференциях 32
Список литературы
Введение 3
1 Интегральная оптика и квантовые оптические технологии 6
1.1 Интегральная квантовая оптика 6
1.2 Кремний на изоляторе 7
1.3 Кольцевые микрорезонаторы 8
1.4 Микрорезонаторы с высокой резкостью 11
2 Спонтанное четырёхволновое смешение в кольцевых микрорезонаторах 13
2.1 Спонтанное четырехволновое смешение 13
2.2 Когерентное состояние поля накачки 14
2.3 Объединенная спектральная амплитуда бифотонного поля ... 15
2.4 Разложение Шмидта
Основные результаты 21
3.1 Моды планарного волновода 21
3.2 Дисперсия групповой скорости 22
3.3 Спектр пропускания резонатора 24
3.4 Объединённая спектральная амплитуда и числа Шмидта 25
3.5 Чистые однофотонные состояния 27
Заключение 29
Список публикаций 30
Доклады на конференциях 32
Список литературы
📖 Введение
Одной из актуальных проблем современной квантовой оптики и информатики, решение которой необходимо для широкого внедрения квантовых криптографических сетей, реализации оптических квантовых компьютеров, а также для проведения поисковых исследований, является проблема создания эффективных источников однофотонных состояний света [1-4]. В частности, высококачественные однофотонные источники необходимы для реализации эффективных протоколов дальнодействующей квантовой связи, использующих квантовые повторители [5,6]. Внедрение последних позволит преодолеть существующий предел радиуса действия квантовой сети (порядка 100 км) и создать, в результате, квантовый Интернет, обладающий безусловной стойкостью. Кроме того, такие источники необходимы для реализации аппаратнонезависимой квантовой криптографии (см., например, [7]) и линейных оптических квантовых вычислений [8]. Перспективным подходом к решению проблемы является создание однофотонных источников на основе нелинейных оптических явлений с использованием интегральных оптических схем (фотонных чипов) [9,10]. Миниатюризация источника позволит реализовать сложные оптические схемы с очень высокой стабильностью и низкими потерями, повысить скорость срабатывания оптических модуляторов и уменьшить потребляемую мощность. В настоящее время активно ведутся исследования процесса генерации однофотонных состояний в режиме спонтанного параметрического рассеяния [11-16] и спонтанного четырёхволнового смешения (СЧВС) [17-19] в нелинейных волноводах. Возможность объединения в одном чипе параметрического рассеяния и полупроводникового лазера накачки была недавно продемонстрирована в работе [20]. Более сложный вариант, подразумевающий объединение на одном чипе процессов генерации и детектирования однофотонных состояний, позволяет реализовать мультиплексирование нескольких источников [21]. Использование фотонных чипов даёт возможность, с одной стороны, добиться максимальной эффективности и детерминированности однофотонного источника с оповещением (heralded single-photon source), а с другой — создать эффективные источники многофотонных состояний. В целом, объединение на одном фотонном чипе генераторов и детекторов квантовых состояний света, а также линейных оптических элементов, является необходимым этапом создания масштабируемых оптических квантовых компьютеров [22, 23] и актуальным направлением развития современной квантовой оптики [24].
В настоящей работе теоретически рассматриваются кольцевые микрорезонаторы из нитрида кремния, который является одним из самых перспективных материалов для реализации квантовых оптических интегральных схем [25], и определяются условия, позволяющие достичь нулевой дисперсии групповой скорости на длинах волн, соответствующих оптоволоконным каналам связи. Использование кольцевых микрорезонаторов [26], обладающих высокой добротностью и малым объёмом моды, позволяет достичь высокой эффективности однофотонных источников на основе СЧВС и существенным образом снизить мощность накачки, а также реализовать генерацию узкополосных фотонов, соответствующих полосе поглощения устройств квантовой памяти. Нулевая дисперсия групповой скорости позволяет реализовать невырожденный режим СЧВС, который необходим для разделения испускаемых фотонов по длине волны в процессе условного приготовления однофотонных состояний, а также для повышения детерминированности источника за счёт мультиплексирования. Целью настоящей работы является определение параметров кольцевых микрорезонаторов, при которых, с одной стороны, реализуется невырожденное СЧВС, а с другой — достигается наименьшая высота волноводов, что облегчает задачу их изготовления.
В процессе достижения поставленной цели решались следующие задачи:
• Расчет дисперсии групповой скорости для различных сечений волноводов.
• Расчет спектров пропускания кольцевого микрорезонатора.
• Расчет объединенной спектральной амплитуды.
• Анализ числа Шмидта при различной длительности и формы импульса
В настоящей работе теоретически рассматриваются кольцевые микрорезонаторы из нитрида кремния, который является одним из самых перспективных материалов для реализации квантовых оптических интегральных схем [25], и определяются условия, позволяющие достичь нулевой дисперсии групповой скорости на длинах волн, соответствующих оптоволоконным каналам связи. Использование кольцевых микрорезонаторов [26], обладающих высокой добротностью и малым объёмом моды, позволяет достичь высокой эффективности однофотонных источников на основе СЧВС и существенным образом снизить мощность накачки, а также реализовать генерацию узкополосных фотонов, соответствующих полосе поглощения устройств квантовой памяти. Нулевая дисперсия групповой скорости позволяет реализовать невырожденный режим СЧВС, который необходим для разделения испускаемых фотонов по длине волны в процессе условного приготовления однофотонных состояний, а также для повышения детерминированности источника за счёт мультиплексирования. Целью настоящей работы является определение параметров кольцевых микрорезонаторов, при которых, с одной стороны, реализуется невырожденное СЧВС, а с другой — достигается наименьшая высота волноводов, что облегчает задачу их изготовления.
В процессе достижения поставленной цели решались следующие задачи:
• Расчет дисперсии групповой скорости для различных сечений волноводов.
• Расчет спектров пропускания кольцевого микрорезонатора.
• Расчет объединенной спектральной амплитуды.
• Анализ числа Шмидта при различной длительности и формы импульса
✅ Заключение
В ходе выполнения работы выполнена оптимизация параметров кольцевого микрорезонатора на основе нитрида кремния и оптимизация параметров импульсов накачки с целью генерации факторизованных бифотонных состояний в процессе невырожденного спонтанного четырёхволнового смешения.
Основные результаты работы можно сформулировать следующим образом:
• Показано, что для различных длин волн излучения накачки можно найти оптимальное соотношение высоты и ширины волновода, при котором достигается нулевая дисперсия групповой скорости, позволяющая наблюдать невырожденное спонтанное четырёхволновое смешение при минимальной высоте резонатора.
• Произведен численный расчет объединенной спектральной амплитуды и числа Шмидта бифотонного поля для импульсов накачки, имеющих различные длительности и формы. Показано, что при одинаковой длительности импульсы в виде возрастающей экспоненты обеспечивают наименьшую частотную корреляцию бифотонного поля, а уширение спектра накачки позволяет генерировать факторизованные бифотонные состояния.
На основании полученных результатов можно сделать вывод о том, кольцевые микрорезонаторы из нитрида кремния позволяют генерировать факторизованные бифотонные состояния в процессе невырожденного спонтанного четырёхволнового смешения в области телекоммуникационных длин волн.
Основные результаты работы можно сформулировать следующим образом:
• Показано, что для различных длин волн излучения накачки можно найти оптимальное соотношение высоты и ширины волновода, при котором достигается нулевая дисперсия групповой скорости, позволяющая наблюдать невырожденное спонтанное четырёхволновое смешение при минимальной высоте резонатора.
• Произведен численный расчет объединенной спектральной амплитуды и числа Шмидта бифотонного поля для импульсов накачки, имеющих различные длительности и формы. Показано, что при одинаковой длительности импульсы в виде возрастающей экспоненты обеспечивают наименьшую частотную корреляцию бифотонного поля, а уширение спектра накачки позволяет генерировать факторизованные бифотонные состояния.
На основании полученных результатов можно сделать вывод о том, кольцевые микрорезонаторы из нитрида кремния позволяют генерировать факторизованные бифотонные состояния в процессе невырожденного спонтанного четырёхволнового смешения в области телекоммуникационных длин волн.
ИЛИ
Поиск аналога
📕 Список литературы
🛒 Оформить заказ
⚡ Работу высылаем в течении 5 минут после оплаты.