論文の概要: Laser-written reconfigurable photonic integrated circuit directly coupled to a single-photon avalanche diode array
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2512.06528v1
- Date: Sat, 06 Dec 2025 18:34:09 GMT
- ステータス: 翻訳完了
- システム内更新日: 2025-12-09 22:03:54.395815
- Title: Laser-written reconfigurable photonic integrated circuit directly coupled to a single-photon avalanche diode array
- Title（参考訳）: 単一光子アバランシェダイオードアレイに直接結合したレーザ書き直し可能なフォトニック集積回路
- Authors: Giulio Gualandi, Simone Atzeni, Marco Gardina, Antonino Caime, Giacomo Corrielli, Ivan Labanca, Angelo Gulinatti, Ivan Rech, Roberto Osellame, Giulia Acconcia, Francesco Ceccarelli,
- Abstract要約: ほとんどの集積量子フォトニクス実験は、単一モード光ファイバーを介してフォトニック集積回路(PIC)に結合した低温で動作する単一光子検出器に依存している。
フェムト秒レーザーライティング(FLW)とシリコン単光子アバランシェダイオード(SPAD)アレイで作製したPICの直接結合について報告する。
この方法の有効性は, 完全カップリングと, 561nmの波長で最大41.0%のシステム検出効率を達成することにより示される。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.0
- License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
- Abstract: To date, most integrated quantum photonics experiments rely on single-photon detectors operating at cryogenic temperatures coupled to photonic integrated circuits (PICs) through single-mode optical fibers. This approach presents significant challenges due to the detection complexity, as cryogenic conditions hinder the development of scalable systems. In addition, going towards fully-integrated devices or, at least, removing the optical fibers would be also advantageous to develop compact and cost-efficient solutions featuring a high number of optical modes. This work reports on the direct coupling of a PIC, fabricated by femtosecond laser writing (FLW), and a silicon single-photon avalanche diode (SPAD) array, fabricated in a custom planar technology and compatible with the operation at room temperature. The effectiveness of this solution is shown by achieving perfect coupling and a system detection efficiency as high as 41.0% at a wavelength of 561 nm, which is the highest value reported to date among both heterogeneous/hybrid integrated and directly coupled systems. We also show the robustness of the coupling to misalignments, demonstrating that costly alignment procedures are not needed. Finally, we exploit the SPAD array to characterize a reconfigurable Mach-Zehnder interferometer, i.e., the basic building block of multimode reconfigurable PICs. This solution provides a new avenue to the design and implementation of quantum photonics experiments, especially effective when compact and cost-efficient systems are needed.
- Abstract（参考訳）: これまで、ほとんどの集積量子フォトニクス実験は、単一モード光ファイバーを介してフォトニック集積回路(PIC)と結合した低温で動作する単一光子検出器に依存していた。
この手法は、低温条件がスケーラブルなシステムの開発を妨げているため、検出の複雑さによる重大な課題を提起する。
さらに、完全に統合されたデバイスや少なくとも光ファイバーを取り除くことは、多くの光学モードを備えたコンパクトでコスト効率のよいソリューションを開発する上でも有利である。
フェムト秒レーザーライティング(FLW)とシリコン単光子アバランシェダイオード(SPAD)アレイで作製したPICの直接結合について報告する。
この方法の有効性は, 完全カップリングと, 561nmの波長で最大41.0%のシステム検出効率を達成し, ヘテロジニアス/ハイブリッド結合系および直接結合系において, これまでに報告された最も高い値であることを示す。
また、不整合への結合の堅牢性を示し、コストのかかるアライメント手順が不要であることを示す。
最後に、SPADアレイを利用して、再構成可能なMach-Zehnder干渉計、すなわち、マルチモード再構成可能なPICの基本的なビルディングブロックを特徴付ける。
このソリューションは、特にコンパクトでコスト効率の良いシステムが必要な場合、量子フォトニクス実験の設計と実装への新たな道を提供する。
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