論文の概要: Optimizing brightness of SPDC source in Laguerre-Gaussian modes using type-0 periodically-poled nonlinear crystal

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2506.10385v1
• Date: Thu, 12 Jun 2025 06:20:00 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2025-06-13 15:37:22.600079
• Title: Optimizing brightness of SPDC source in Laguerre-Gaussian modes using type-0 periodically-poled nonlinear crystal
• Title（参考訳）: 周期配向型非線形結晶を用いたラゲール・ガウスモードにおけるSPDC光源の輝度最適化
• Authors: Jungmo Lee, Kyungdeuk Park, Dongkyu Kim, Yonggi Jo, Dong-Gil Im, Yong Sup Ihn,
• Abstract要約: 自発的なパラメトリックダウンコンバージョンによって生成される光子対は、ラゲール・ガウスモード基底において絡み合いを示す。 このような自由空間量子通信において、量子光源の明るさは大気の乱流と光子損失のために重要な役割を果たす。 本研究では,0ppKTP結晶によって生成される特定のLGモードにおける光子対のスペクトルについて検討した。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.6210788691940342
• License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
• Abstract: Photon pairs generated via spontaneous parametric down-conversion (SPDC) can exhibit entanglement in the Laguerre-Gaussian (LG) mode basis, which enables high-dimensional free-space quantum communication by exploiting the high-dimensional space spanned by the LG modes. For such free-space quantum communication, the brightness of the quantum light source plays an important role due to the atmospheric turbulence and photon loss. A variety of studies have analyzed the SPDC brightness by decomposing biphoton states into LG modes, but they have often relied on a degenerate state, a narrow spectral bandwidth approximation, or a thin crystal approximation. However, these approaches are unsuitable for non-degenerate type-0 SPDC with a periodicallypoled nonlinear crystal, which offers higher brightness due to its superior nonlinear coefficients. In this study, we examine the spectrum of photon pairs in specific LG modes generated by a type-0 ppKTP crystal whileavoiding the constraints imposed by the aforementioned assumptions. In addition, we investigate the optimal focal parameters of the pump, signal, and idler to maximize the brightness for a given LG mode. Our findings show that it is not feasible to simultaneously optimize the brightness for different LG modes with a single pump focal parameter. The results of this study provide a comprehensive framework for developing highbrightness quantum light sources and contribute to the advancement of high-dimensional free-space quantum communication.
• Abstract（参考訳）: 自然パラメトリックダウンコンバージョン(SPDC)によって生成される光子対は、ラゲール・ガウスモード(LG)モードベースで絡み合いを示すことができ、LGモードで広がる高次元空間を利用することで、高次元自由空間量子通信を可能にする。 このような自由空間量子通信において、量子光源の明るさは大気の乱流と光子損失のために重要な役割を果たす。 様々な研究が、二光子状態をLGモードに分解することでSPDCの明るさを解析してきたが、それらはしばしば縮退状態、狭いスペクトル帯域幅近似、または薄い結晶近似に依存していた。 しかし、これらのアプローチは、周期的にポーリングされた非線形結晶を持つ非退化型0 SPDCには適さない。 本研究では,前述の仮定によって課される制約を回避しつつ,0ppKTP結晶が生成する特定のLGモードにおける光子対のスペクトルについて検討する。 さらに、所定のLGモードの明るさを最大化するために、ポンプ、信号、アイドラーの最適焦点パラメータについて検討する。 以上の結果から,1つのポンプ焦点パラメータで異なるLGモードの明るさを同時に最適化することは不可能であることが示唆された。 本研究は,高輝度な量子光源を開発し,高次元自由空間量子通信の発展に寄与する包括的枠組みを提供する。

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