論文の概要: Gaussian mode coupling of spectrally broadband photons from bulk spontaneous parametric down-conversion: A spatial-spectral mode analysis of fiber coupling
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2602.23238v1
- Date: Thu, 26 Feb 2026 17:13:11 GMT
- ステータス: 翻訳完了
- システム内更新日: 2026-02-27 18:41:22.809851
- Title: Gaussian mode coupling of spectrally broadband photons from bulk spontaneous parametric down-conversion: A spatial-spectral mode analysis of fiber coupling
- Title（参考訳）: バルク自発パラメトリックダウンコンバージョンからのスペクトルブロードバンド光子のガウスモード結合:ファイバー結合の空間-スペクトルモード解析
- Authors: Carlos Sevilla-Gutiérrez, Varun Raj Kaipalath, Fabian Steinlechner,
- 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基づく光子源は、実験的な量子光学と量子技術の中心である。
スペクトル空間非分離性がSPDC排出の収集確率, 棚上げ効率, 純度にどのように影響するかを示す。
このフレームワークは、バルク結晶光子源の理解と工学のための定量的かつ予測的なフレームワークを提供する。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.0
- License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
- Abstract: Photon sources based on spontaneous parametric down-conversion (SPDC) are central to experimental quantum optics and quantum technologies. Their performance is commonly quantified by three metrics: pair-collection probability, heralding efficiency, and spectral purity. In bulk-crystal SPDC, these metrics are known to be mutually constrained, yet the physical origin of the resulting trade-offs is often obscured. We show that these trade-offs originate from the frequency-dependent population of discrete spatial modes in the SPDC emission. By performing a Laguerre-Gauss mode decomposition at each frequency component, we show how spectral-spatial non-separability impacts collection probability, heralding efficiency, and purity. We apply this framework to two widely used quasi-phase-matching configurations: collinear degenerate type-0 and type-II SPDC in periodically poled bulk crystals, and quantify how different phase-matching functions shape the spectral-spatial mode structure. In particular, for type-II SPDC we compare standard periodically poled and aperiodically poled Gaussian phase matching. We experimentally validate some of our theoretical results using spatial- and spectral-projection measurements. This spectral-spatial mode analysis provides a quantitative and predictive framework for understanding and engineering bulk-crystal photon sources, enabling systematic multi-parameter optimization beyond qualitative design guidelines.
- Abstract（参考訳）: 自然パラメトリックダウン変換(SPDC)に基づく光子源は、実験量子光学と量子技術の中心である。
それらの性能は一般に3つの指標(ペア・コレクションの確率、階層化効率、スペクトル純度)で定量化される。
バルク結晶SPDCでは、これらの指標は相互に制約されていることが知られているが、結果として生じるトレードオフの物理的起源はしばしば曖昧である。
これらのトレードオフはSPDC放射における離散空間モードの周波数依存性の集団に由来することを示す。
ラゲール・ガウスモードを各周波数成分で分解することにより,スペクトル空間非分離性が収集確率,ヘラルディング効率,純度にどのように影響するかを示す。
この枠組みを、周期的に偏極したバルク結晶におけるコリナーデジェネレーション型0とタイプIISPDCの2つの広く使われている準位相整合構成に適用し、異なる位相整合関数がスペクトル空間モード構造をどのように形成するかを定量化する。
特に、タイプII SPDCでは、標準的な周期的な極と周期的な極のガウス位相マッチングを比較する。
空間およびスペクトル投影計測を用いて理論的結果のいくつかを実験的に検証した。
このスペクトル空間モード解析は、バルク結晶光子源の理解と工学のための定量的かつ予測的なフレームワークを提供し、定性的設計ガイドラインを超える体系的なマルチパラメータ最適化を可能にする。
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