Zählen der Photonen aus Bragg-Wellenleitern

Für die praktische Nutzung von optischen Technologien in der Quanteninformation sind kompakte, integrierbare und leicht-justierbare Ein- oder Mehrphotonenquellen notwendig. Solche Quellen basieren häufig auf der sogenannten Photonenspaltung, einem nichtlinearen optischen Prozess, der Paare von Photonen erzeugt. Eine vielversprechende Plattform sind Halbleiterwellenleiter, die sehr gut integrierbar und hell im Vergleich zu Bulk-Optik sind. In unserem Projekt Zählen der Photonen aus Bragg-Wellenleitern ist es unser Ziel, solche Halbleiterwellenleiter für die Mehrphotonenpaarerzeugung zu benutzen und deren Photonenzahlinhalt mit hocheffizienten, photonenzahlauflösenden supraleitenden Detektoren direkt zu messen. Mit dieser Lichtquelle präparieren wir unterschiedliche Klassen von Mehrphotonenzuständen mit hoher Qualität und lösen spezielle Strukturen in deren Photonenzahlstatistik auf.

Jede Lichtquelle kann durch ihre spezische Photonenzahlverteilung klassiziert werden, welches ein wichtiges Tool in der quantenoptischen Zustandscharakterisierung darstellt. Durch die Entwicklung von nichtkommerziellen, supraleitenden photonenzahlauösenden Detektoren ist es erst seit kurzem möglich, deren Photonenstatistik direkt zu messen. In diesem Projekt haben wir die Emission von neuen Halbleiterlichtemittern auf dem Einzelphotonniveau gemessen und charakterisiert. Speziell haben wir einen nichtlinearen optischen Prozess in Bragg-Wellenleitern untersucht, in dem ein Pumpphoton im infraroten Bereich zwei Photonen bei Telekommunikationswellenlängen erzeugt. Durch die Messung von einem Herald-Photon mit dem Photonenzähler können wir nichtklassische Zustände getriggert herstellen. Jedoch ist die Verizierung von deren Nichtklassisität auf Grund optischer Verluste sehr anspruchsvoll. Durch eine gute Kontrolle der Parameter bei der Zustandspräparation und -manipulation können wir die Eigenschaften der produzierten Zustände gezielt vorhersagen. Des Weiteren haben wir experimentell eine neue Methode für die Rekonstruktion der Photonenzahlparität trotz den verlustdegradierten Messungen erfolgreich getestet und veröffentlicht. Dadurch können hochentwickelte Verlustinversionsalgorithmen vermieden werden. Gegeben durch den Unterschied in den Gewichten der geraden und ungeraden Photonenzahlanteile, ist die Photonenzahlparität essentiell in der Quantenoptik. Außerdem gibt es bis heute keine direkte optische Methode für deren Messung im Freistrahl, weswegen alternative Verfahren so wie unseres wichtig sind, um sie genau zu vermessen.