論文の概要: Efficient photon-pair generation in layer-poled lithium niobate nanophotonic waveguides
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2405.10943v1
- Date: Fri, 17 May 2024 17:57:26 GMT
- ステータス: 処理完了
- システム内更新日: 2024-05-20 15:24:17.320429
- Title: Efficient photon-pair generation in layer-poled lithium niobate nanophotonic waveguides
- Title（参考訳）: 層状ニオブ酸リチウムナノフォトニック導波路における高効率光子対生成
- Authors: Xiaodong Shi, Sakthi Sanjeev Mohanraj, Veerendra Dhyani, Angela Anna Baiju, Sihao Wang, Jiapeng Sun, Lin Zhou, Anna Paterova, Victor Leong, Di Zhu,
- Abstract要約: 薄膜のニオブ酸リチウムは、オンチップ光子対生成のための有望なプラットフォームである。
我々は,光子対生成を効率的に行うために,層状窒化リチウム(LPLN)ナノフォトニック導波路を導入する。
波長3.3mmのLPLN導波路において、正規化輝度3.1*106 Hz nm-1 mW-2の光子対生成を示す。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 10.571773636879247
- License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
- Abstract: Integrated photon-pair sources are crucial for scalable photonic quantum systems. Thin-film lithium niobate is a promising platform for on-chip photon-pair generation through spontaneous parametric down-conversion (SPDC). However, the device implementation faces practical challenges. Periodically poled lithium niobate (PPLN), despite enabling flexible quasi-phase matching, suffers from poor fabrication reliability and device repeatability, while conventional modal phase matching (MPM) methods yield limited efficiencies due to inadequate mode overlaps. Here, we introduce a layer-poled lithium niobate (LPLN) nanophotonic waveguide for efficient photon-pair generation. It leverages layer-wise polarity inversion through electrical poling to break spatial symmetry and significantly enhance nonlinear interactions for MPM, achieving a notable normalized second-harmonic generation (SHG) conversion efficiency of 4615% W^{-1}cm^{-2}. Through a cascaded SHG and SPDC process, we demonstrate photon-pair generation with a normalized brightness of 3.1*10^6 Hz nm^{-1} mW^{-2} in a 3.3 mm long LPLN waveguide, surpassing existing on-chip sources under similar operating configurations. Crucially, our LPLN waveguides offer enhanced fabrication reliability and reduced sensitivity to geometric variations and temperature fluctuations compared to PPLN devices. We expect LPLN to become a promising solution for on-chip nonlinear wavelength conversion and non-classical light generation, with immediate applications in quantum communication, networking, and on-chip photonic quantum information processing.
- Abstract（参考訳）: 集積光子対光源はスケーラブルなフォトニック量子システムに不可欠である。
薄膜ニオブ酸リチウムは、自然パラメトリックダウンコンバージョン(SPDC)によるオンチップ光子ペア生成のための有望なプラットフォームである。
しかし、デバイスの実装は現実的な課題に直面している。
安定な準相整合が可能であるにもかかわらず、周期的な極性リチウムニオブ酸リチウム(PPLN)は製造の信頼性と装置の繰り返し性に乏しく、一方、従来のモード整合法(MPM)は不適切なモードの重なりによって限られた効率が得られる。
そこで我々は,光子対生成を効率的に行うために,層状窒化リチウム(LPLN)ナノフォトニック導波路を導入する。
電気ポーリングによる層方向の極性反転を利用して空間対称性を破り、MPMの非線形相互作用を著しく向上し、4615% W^{-1}cm^{-2}の顕著な正規化第二高調波発生(SHG)変換効率を達成する。
SHG法とSPDC法を用いて,3.3mmのLPLN導波路において,3.1*10^6 Hz nm^{-1} mW^{-2}の正規化輝度を持つ光子対生成を実測し,同様の動作条件下での既存のオンチップ源を超越した。
重要なことは、我々のLPLN導波路は、PPLNデバイスと比較して製造信頼性が向上し、幾何学的変動や温度変動に対する感度が低下する。
我々は、LPLNをオンチップの非線形波長変換と非古典的光発生のための有望なソリューションとして期待し、量子通信、ネットワーク、オンチップのフォトニック量子情報処理に直ちに応用する。
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