DE112008002429B4

DE112008002429B4 - Integrierte Hybridquelle polarisationsverschränkter Photonen

Info

Publication number: DE112008002429B4
Application number: DE112008002429.4T
Authority: DE
Inventors: Marco Florentino; Raymond Beausoleil
Original assignee: Hewlett Packard Development Co LP
Current assignee: Hewlett Packard Enterprise Development LP
Priority date: 2007-09-11
Filing date: 2008-09-08
Publication date: 2014-12-11
Anticipated expiration: 2028-09-09
Also published as: JP2010539524A; DE112008002429T5; WO2009035585A3; US7489436B1; WO2009035585A2

Abstract

Eine Quelle (900) polarisationsverschränkter Photonen, die folgende Merkmale aufweist: einen optisch nichtlinearen Kristall (902), der eine parametrische Frequenzkonversion von einfallender elektromagnetischer Strahlung in optisch niederfrequentere ausfallende elektromagnetische Strahlung bewirkt, und der einen ersten Wellenleiter (916) und einen zweiten Wellenleiter (918) aufweist, die in einem vorderen Bereich einen Strahlteiler (920) ausbilden, und wobei der nichtlineare Kristall (902) in einem hinteren Bereich der Wellenleiter eine periodisch gepolte Region (922) aufweist; eine Pumpstrahlquelle (924), die elektromagnetische Strahlung emittiert, die im vorderen Bereich in den ersten Wellenleiter (916) eingekoppelt wird; einen dielektrischen Abstandhalter (908), der benachbart zu dem nichtlinearen Kristall (902) positioniert ist und konfiguriert ist, um elektromagnetische Strahlung zu empfangen, die von dem ersten Wellenleiter (916) emittiert wird; eine Halbwellenplatte (906), die benachbart zu dem nichtlinearen Kristall (902) positioniert ist und konfiguriert ist, um elektromagnetische Strahlung zu empfangen, die von dem zweiten Wellenleiter (918) emittiert wird; und einen Strahlverschieber (904) aus einem doppelbrechenden Kristall, der benachbart zu dem dielektrischen Abstandhalter (908) und der Halbwellenplatte (906) positioniert ist und konfiguriert ist, um die elektromagnetische Strahlung, die von dem dielektrischen Abstandhalter (908) und der Halbwellenplatte (906) ausgegeben wird, zu einem einzigen Strahl elektromagnetischer Strahlung zu kombinieren.

Description

Technisches Gebiet
Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung beziehen sich auf nichtlineare optische Vorrichtungen und insbesondere auf kompakte Vorrichtungen auf Basis nichtlinearer Optiken zum Erzeugen von Photonen in polarisationsverschränkten Zuständen.
Hintergrund
Neue und vielversprechende Fortschritte auf Gebieten von Werkstoffwissenschaft bis Quantenphysik werden nun verwendet, um neue quantensystembasierte Technologien zu erzeugen. Diese Quantensysteme können verwendet werden, um Quanteninformationen zu codieren und zu übertragen. Insbesondere können Quantensysteme, die lediglich zwei diskrete Zustände aufweisen, die durch „|0〉” und „|1〉” dargestellt sind, potentiell in einer Vielfalt von quantensystembasierten Anwendungen eingesetzt werden, einschließlich Quanteninformationscodierung und -verarbeitung, quantenoptische Lithographie und Metrologie, um nur einige zu nennen. Ein Quantensystem, das zwei diskrete Zustände aufweist, wird ein „Qubit-System” genannt und die Zustände |0〉 und |1〉, die „Qubit-Grundzustände” genannt werden, können in einer Mengenschreibweise auch als {|0〉, |1〉} dargestellt sein. Ein Qubit-System kann in dem Zustand |0〉, dem Zustand |1〉 oder irgendeinem einer unendlichen Anzahl von Zuständen, die simultan sowohl |0〉 als auch |1〉 aufweisen, vorliegen, was mathematisch durch eine lineare Überlagerung von Zuständen wie folgt dargestellt werden kann: |ψ〉 = α|0〉 + β|0〉
Der Zustand |ψ〉 wird ein „Qubit” genannt und die Parameter α und β sind komplexwertige Koeffizienten, die folgende Bedingung erfüllen: |α|² + |β|² = 1
Ein Durchführen einer Messung an einem Quantensystem ist mathematisch äquivalent zu einem Projizieren des Zustands des Quantensystems auf einen der Grundzustände, und im Allgemeinen ist die Wahrscheinlichkeit eines Projizierens des Zustands des Quantensystems auf einen Grundzustand gleich dem Quadrat des Koeffizienten, der dem Grundzustand zugeordnet ist. Wenn beispielsweise der Zustand |ψ〉 des Qubit-Systems bei der Basis {|0〉, |1〉} gemessen wird, gibt es eine Wahrscheinlichkeit |α|² eines Vorfindens des Quantensystems in dem Zustand |0〉 und eine Wahrscheinlichkeit |β|² eines Vorfindens des Quantensystems in dem Zustand |1〉.
Die unendliche Anzahl von reinen Zuständen, die einem Qubit-System zugeordnet sind, kann geometrisch durch eine dreidimensionale Kugel mit Einheitsradius dargestellt werden, die eine „Bloch-Kugel” genannt wird:
wobei
0 ≤ θ < π und
0 ≤ ϕ < 2π.
1A stellt eine Bloch-Kugel-Darstellung eines Qubit-Systems dar. In 1A sind Linien 101–103 orthogonale kartesische x-, y- bzw. z-Koordinatenachsen und ist eine Bloch-Kugel 106 an dem Ursprung zentriert. Es gibt eine unendliche Anzahl von Punkten an der Bloch-Kugel 106, wobei jeder Punkt einen eindeutigen Zustand eines Qubit-Systems darstellt. Beispielsweise stellt ein Punkt 108 an der Bloch-Kugel 106 einen eindeutigen Zustand eines Qubit-Systems dar, der simultan zum Teil den Zustand |0〉 und zum Teil den Zustand |1〉 aufweist. Wenn jedoch der Zustand des Qubit-Systems in der Basis {|0〉, |1〉} einmal gemessen ist, wird der Zustand des Qubit-Systems auf den Zustand |0〉 110 oder auf den Zustand |1〉 112 projiziert.
Photonenzustände elektromagnetischer Strahlung können als Qubit-Grundzustände bei Quanteninformationsverarbeitungs- und Quantenrechenanwendungen verwendet werden. Der Begriff „Photon” bezieht sich auf ein einziges Quantum von Anregungsenergie einer Elektromagnetisch-Feld-Mode elektromagnetischer Strahlung. Die elektromagnetische Strahlung kann in der Form sich ausbreitender elektromagnetischer Wellen vorliegen, wobei jede elektromagnetische Welle sowohl eine transversale elektrische Feldkomponente E → als auch eine orthogonale transversale Magnetfeldkomponente B → aufweist. 1B stellt die transversale elektrische und die magnetische Feldkomponente einer elektromagnetischen Welle dar, die sich in die Richtung k → ausbreitet. Wie es in 1B gezeigt ist, ist die elektromagnetische Welle entlang der z-Achse 120 gerichtet. Die transversale elektrische Feldkomponente („TE”-Komponente) E → 122 und die transversale Magnetfeldkomponente („TM”-Komponente) B → 124 sind entlang der orthogonalen x- und y-Achse 126 bzw. 128 gerichtet. Obwohl die TE und TM in 1B als identische Amplituden aufweisend gezeigt sind, ist im echten Leben die Amplitude der TM-Komponente kleiner als die Amplitude der TE-Komponente, und zwar um einen Faktor von 1/c, wobei c die Lichtgeschwindigkeit in freiem Raum darstellt (c = 3,0 × 10⁸ m/sec). Aufgrund der großen Diskrepanz bei dem Betrag der elektrischen Feldkomponente und dem Betrag der Magnetfeldkomponente ist die elektrische Feldkomponente allein üblicherweise für die meisten Wechselwirkungen der elektromagnetischen Welle mit Materie verantwortlich.
Polarisierte Photonenzustände elektromagnetischer Wellen können ebenfalls als Qubit-Grundzustände bei Quanteninformationsverarbeitung und Quantenberechnung verwendet werden. Zwei gewöhnlich verwendete Grundzustände sind vertikal und horizontal polarisierte Photonen von elektromagnetischen Wellen. Die Begriffe „vertikal” und „horizontal” sind relativ bezüglich eines Koordinatensystems und werden verwendet, um auf elektromagnetische Wellen Bezug zu nehmen, die orthogonal zueinander ausgerichtet sind. 2A–2B stellen vertikal bzw. horizontal polarisierte Photonen dar. In 2A–2B sind vertikal und horizontal polarisierte Photonen durch oszillierende, kontinuierliche Sinuswellen dargestellt, die die elektrischen Feldkomponenten darstellen, die sich entlang der z-Koordinatenachsen 202 bzw. 204 ausbreiten. Wie es in 2A gezeigt ist, entspricht ein vertikal polarisiertes Photon |V〉 einer elektrischen Feldkomponente, die in der yz-Ebene schwingt. Ein Richtungspfeil 206 stellt einen vollständigen Oszillationszyklus der Feldkomponente von |V〉 in der xy-Ebene 208 dar, wenn sich |V〉 entlang der z-Koordinatenachse 202 eine vollständige Wellenlänge hindurch vorbewegt. In 2B entspricht ein horizontal polarisiertes Photon |H〉 einer elektrischen Feldkomponente, die in der xz-Ebene schwingt. Ein Richtungspfeil 210 stellt einen vollständigen Oszillationszyklus der elektrischen Feldkomponente von |H〉 in der xy-Ebene 212 dar, wenn sich |H〉 entlang der z-Koordinatenachse 204 eine vollständige Wellenlänge hindurch vorbewegt.
Der Zustand eines Systems, das zwei oder mehr Qubit-Systeme aufweist, kann durch ein Tensorprodukt von Qubits dargestellt werden, wobei jedes Qubit einem der Qubit-Systeme zugeordnet ist. Beispielsweise ist das Tensorprodukt eines Systems, das ein erstes Qubit-System und ein zweites Qubit-System aufweist, gegeben durch: |ψ〉₁₂ = |ψ〉₁|ψ〉₂, wobei der Zustand des ersten Qubit-Systems wie folgt lautet:
und der Zustand des zweiten Qubit-Systems wie folgt lautet.
Der Zustand |ψ〉₁₂ kann auch als eine lineare Überlagerung von Produkten von Grundzuständen umgeschrieben werden:
wobei die Terme |0〉₁|0〉₂, |0〉₁|1〉₂, |1〉₁|0〉₂, und |1〉₁|1〉₂, eine Basis des Tensorproduktraums sind. Jeder Produktzustand bei dem Zustand |ψ〉₁₂ weist einen zugeordneten Koeffizienten von 1/2 auf, was angibt, dass es eine Wahrscheinlichkeit von 1/4 (|1/2|²) gibt, dass die kombinierten Qubit-Systeme in irgendeinem der Produktzustände vorzufinden sind, wenn der Zustand des ersten Qubit-Systems bei den Basen {|0〉₁, |1〉₁} gemessen wird und der Zustand des zweiten Qubit-Systems bei der Basis {|0〉₂, |1〉₂} gemessen wird.
Bestimmte Zustände der kombinierten Qubit-Systeme können jedoch nicht durch ein Produkt zugeordneter Qubits dargestellt werden. Diese Qubit-Systeme nennt man „verschränkt”. Quantenverschränkung ist eine einzigartige Eigenschaft der Quantenmechanik, bei der die Zustände von zwei oder Quantensystemen korreliert sind, obgleich die Quantensysteme räumlich getrennt sein können. Eine beispielhafte Darstellung eines verschränkten Zustands eines verschränkten Zwei-Qubit-Systems ist gegeben durch:
Der verschränkte Zustand |ψ⁺〉₁₂ kann nicht in ein Produkt der Qubits α₁|0〉₁ + β₁|1〉₁ und α₂|0〉₂ + β₂|1〉₂ für irgendeine Wahl der Parameter α₁, β₁, α₂ und β₂ eingerechnet werden.
Der Zustand eines unverschränkten Zwei-Qubit-Systems kann von dem Zustand eines verschränkten Zwei-Qubit-Systems wie folgt unterschieden werden. Man betrachte ein unverschränktes Zwei-Qubit-System in dem Zustand |ψ〉₁₂. Man nehme an, eine Messung, die an dem ersten Qubit-System bei der Basis {|0〉₁, |1〉₁} durchgeführt wird, projiziert den Zustand des ersten Qubit-Systems auf den Zustand |0〉₁. Gemäß dem Zustand |ψ〉₁₂ ist der Zustand des unverschränkten Zwei-Qubit-Systems unmittelbar nach der Messung die lineare Überlagerung von Zuständen (|0〉₁|0〉₂ + |0〉₁|1〉₂)/√ 2 . Wenn eine zweite Messung an dem zweiten Qubit-System bei der Basis {|0〉₂, |1〉₂} durchgeführt wird, die der ersten Messung in einem identischen Referenzrahmen folgt, gibt es eine Wahrscheinlichkeit von 1/2 eines Projizierens des Zustands des zweiten Qubit-Systems auf den Zustand |0〉₂ und eine Wahrscheinlichkeit von 1/2 eines Projizierens des Zustands des zweiten Qubit-Systems auf den Zustand |1〉₂. Anders ausgedrückt ist der Zustand des zweiten Qubit-Systems nicht mit dem Zustand des ersten Qubit-Systems korreliert.
Man betrachte im Gegensatz dazu ein verschränktes Zwei-Qubit-System in dem verschränkten Zustand |ψ⁺〉₁₂. Angenommen, dass eine erste Messung, die an dem ersten Qubit-System bei der Basis {|0〉₁, |1〉₁} durchgeführt wird, ebenfalls den Zustand des ersten Qubit-Systems auf dem Zustand |0〉₁ projiziert. Gemäß dem verschränkten Zustand |ψ⁺〉₁₂ ist der Zustand des verschränkten Zwei-Qubit-Systems nach der ersten Messung der Produktzustand |0〉₁|1〉₁. Wenn eine zweite Messung an dem zweiten Qubit-System bei der Basis {|0〉₂, |1〉₂} durchgeführt wird, lautet der Zustand des zweiten Qubit-Systems mit Gewissheit |1〉₁. Anders ausgedrückt ist der Zustand des ersten Qubit-Systems mit dem Zustand des zweiten Qubit-Systems korreliert.
Verschränkte Quantensysteme weisen eine Anzahl unterschiedlicher und praktischer Anwendungen in Gebieten auf, die von Quantenberechnung bis Quanteninformationsverarbeitung reichen. Insbesondere können die oben beschriebenen polarisationsverschränkten Photonen bei Quanteninformationsverarbeitung, Quantenkryptographie, Teleportation und Linearoptik-Quantenberechnung verwendet werden. Beispiele von polarisationsverschränkten Photonen, die bei einer Anzahl unterschiedlicher Anwendungen mit verschränktem Zustand verwendet werden können, sind die Bell-Zustände, die gegeben sind durch:
wobei die Tiefstellungen „1” und „2” unterschiedliche Übertragungskanäle oder unterschiedliche Wellenlängen darstellen können.
Obwohl polarisationsverschränkte Photonen eine Anzahl von möglicherweise nützlichen Anwendungen aufweisen, können polarisationsverschränkte Photonenquellen üblicherweise nicht praktisch in einer breiten Vielfalt von Anwendungen mit verschränktem Zustand implementiert werden. In „New High-Intensity Source of Polarization-Entangled Photon Pairs”, von Kwiat u. a., Physical Review Letters. Bd. 75, 4337, (1995) beispielsweise beschreibt Kwiat eine Quelle mit hoher Intensität von polarisationsverschränkten Bell-Photonenzuständen, die für kontinuierliche elektromagnetische Wellen, aber nicht für elektromagnetische Wellenpulse funktioniert. Zusätzlich sind lediglich Photonen, die in eine spezielle Richtung emittiert werden, verschränkt. Folglich kann lediglich eine beschränkte Anzahl von Photonen erzeugt werden. In „Ultrabright source of polarizationentangled photons”, von Kwiat u. a., Physical Review A, Bd. 60, R773, (1999) beschreibt Kwiat ferner eine Quelle von polarisationsverschränkten Photonenpaaren. Es müssen jedoch dünne Kristalle und kontinuierliche Wellenpumpen verwendet werden, um eine gute Verschränkung zu erhalten. In „Phase-stable source of polarization-entangled photons using a polarization Sagnac interferometer”, von Taehyun Kim u. a., Physical Review A. Bd. 73, 012316 (2006) und in „Generation of ultrabright tunable polarization entanglement without spatial, spectral, or temporal constraints”, von Fiorentino u. a., Physical Review A, Bd. 69, 041801(R) (2004) beschreiben sowohl Kim als auch Fiorentino eine ultrahelle Parameterherunterumsetzungsquelle von polarisationsverschränkten Bell-Zustand-Photonen. Diese Quellen polarisationsverschränkter Photonen können jedoch nicht bei Anwendungen auf Mikroskala verwendet werden, sind aufwendig herzustellen und benötigen regelmäßige Einstellungen. Physiker haben einen Bedarf nach Quellen polarisationsverschränkter Photonen erkannt, die sowohl mit Quellen kontinuierlicher Wellen als auch Pulspumpquellen kompatibel sind und für eine Implementierung bei Vorrichtungen auf Mikroskala mit Faseroptikkopplern gekoppelt werden können.
In der wissenschaftlichen Veröffentlichung ”Jiang, Y.-K. et al.: ”High efficient polarization-entangled photon source using periodically poled lithium niobate waveguides”, Optics Communications 267, S. 278–S. 281 (2006)” wird eine hoch effiziente polarisationsverschränkte Photonenquelle unter Verwendung periodisch gepolter Lithium-Niobat-Wellenleiter dargestellt.
Zusammenfassung
Verschiedene Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung sind auf Vorrichtungen gerichtet, die konfiguriert sind, um polarisationsverschränkte Photonen zu erzeugen. Bei einem Vorrichtungsausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung weist eine Quelle polarisationsverschränkter Photonen einen Herunterumsetzungskristall, der einen ersten Wellenleiter und einen zweiten Wellenleiter aufweist, einen dielektrischen Abstandhalter, der benachbart zu dem Herunterumsetzungskristall positioniert ist und konfiguriert ist, um elektromagnetische Strahlung zu empfangen, die von dem ersten Wellenleiter emittiert wird, und eine Halbwellenplatte auf, die benachbart zu dem Herunterumsetzungskristall positioniert ist und konfiguriert ist, um elektromagnetische Strahlung zu empfangen, die von dem zweiten Wellenleiter emittiert wird. Die Quelle polarisationsverschränkter Photonen umfasst ferner einen Strahlverschieber, der benachbart zu dem dielektrischen Abstandhalter und der Halbwellenplatte positioniert ist und konfiguriert ist, um die elektromagnetische Strahlung, die von dem dielektrischen Abstandhalter und der Halbwellenplatte ausgegeben wird, zu einem einzigen Strahl elektromagnetischer Strahlung zu kombinieren.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
1A zeigt eine Bloch-Kugel-Darstellung eines Qubit-Systems.
1B zeigt eine transversale elektrische Feld- und eine transversale Magnetfeldkomponente einer sich ausbreitenden elektromagnetischen Welle.
2A–2B zeigen vertikal und horizontal polarisierte Photonengrundzustände.
3A zeigt einen Y-förmigen Strahlteiler.
3B zeigt eine schematische Darstellung eines Strahlteiler-Kombinierers.
3C zeigt Reflexionen und Transmissionen von Strahlen, die in den in 3B gezeigten Strahlteiler-Kombinierer eingegeben werden.
4A–4B zeigen Polarisationszustandsveränderungen von vertikal bzw. horizontal polarisierten Photonen, die auf eine Halbwellenplatte auftreffen.
5 zeigt eine isometrische Ansicht eines hypothetischen Doppelbrechungskristalls.
6 zeigt einen nichtlinearen Doppelbrechungskristall, der einen Pumpstrahl in einen Signal- und einen Leerlaufphotonenstrahl teilt.
7A–7B zeigen zwei Beispiele einer Typ-I-Herunterumsetzung.
7C zeigt ein Beispiel einer Typ-II-Herunterumsetzung.
8A zeigt eine Auftragung einer Signalstrahlintensität.
8B zeigt einen hypothetischen, periodisch gepolten Herunterumsetzungskristall.
8C ist eine Auftragung einer Signalleistung, die durch Pumpstrahlen erzeugt wird, die sich durch drei unterschiedliche nichtlineare Kristalle ausbreiten.
9 zeigt eine schematische Draufsicht einer ersten Quelle polarisationsverschränkter Photonen gemäß Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung.
10 zeigt eine schematische Draufsicht einer zweiten Quelle polarisationsverschränkter Photonen gemäß Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung.
11 zeigt eine schematische Draufsicht einer dritten Quelle polarisationsverschränkter Photonen gemäß Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung.
12 zeigt eine schematische Draufsicht einer vierten Quelle polarisationsverschränkter Photonen gemäß Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung.
13 zeigt eine schematische Draufsicht einer fünften Quelle polarisationsverschränkter Photonen gemäß Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung.
14 zeigt eine schematische Draufsicht einer sechsten Quelle polarisationsverschränkter Photonen gemäß Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung.
Detaillierte Beschreibung
Verschiedene Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung sind auf Vorrichtungen gerichtet, die konfiguriert sind, um polarisationsverschränkte Photonen zu erzeugen. Insbesondere können Vorrichtungsausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung dazu verwendet werden. Photonen in polarisationsverschränkten Bell-Zuständen zu erzeugen. Vorrichtungsausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung setzen Strahlteiler, Halbwellenplatten, Doppelbrechungskristalle und eine spontane parametrische Herunterumsetzung ein, die in einem ersten Teilabschnitt beschrieben sind. Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden in einem nachfolgenden Teilabschnitt geliefert. Bei den Beschreibungen der verschiedenen Ausführungsbeispiele, die unten geliefert werden, wurde eine Anzahl von strukturell ähnlichen Komponenten, die die gleichen Materialien aufweisen, mit den gleichen Bezugszeichen versehen und wird der Kürze halber eine Erläuterung der Struktur und Funktion derselben nicht wiederholt.
Strahlteiler. Halbwellenplatten. Doppelbrechungskristalle und spontane parametrische Herunterumsetzung
Strahlteiler („BS” = beam splitter) sind auffallende Komponenten von optiksignalbasierten Rechen- und Informationsverarbeitungssystemen. 3A zeigt eine schematische Darstellung eines Y-förmigen BS 300. Der Y-förmige BS 300 weist einen Eingangswellenleiter 302, einen ersten Ausgangswellenleiter 304 und einen zweiten Ausgangswellenleiter 306 auf. Die Energie, die den Eingangs- und Ausgangsstrahlen elektromagnetischer Strahlung zugeordnet ist, wird bei einem Y-förmigen BS 300 bewahrt, der ohne jegliche verlustfreie Prozesse ist, die Energie von den elektrischen Eingangsfeldern entfernen können. Wie es in 3A gezeigt ist, wird ein einfallender Strahl elektromagnetischer Strahlung, wobei eine Amplitude des elektrischen Feldes durch E₁ dargestellt ist, in zwei getrennten Strahlen mit elektrischen Feldamplituden geteilt: E₂ = c₂E₁ und E₃ = c₃E₁, wobei c₂ und c₃ komplexwertige Koeffizienten darstellen, die die folgende Bedingung erfüllen: |c₂|² + |c₃|² = 1; der Strahl mit der elektrischen Feldkomponente E₂ in dem Ausgangswellenleiter 304 übertragen wird; und
der Strahl mit der elektrischen Feldkomponente E₃ in dem Ausgangswellenleiter 306 übertragen wird.
Wenn die Ausgangswellenleiter 304 und 306 symmetrisch sind, überträgt der Y-förmige BS 300 somit 50% der Flussdichte des einfallenden Strahls in dem Ausgangswellenleiter 304 und 50% in dem Ausgangswellenleiter 306. Der Y-förmige BS kann ein „50:50-Strahlteiler” genannt werden und die entsprechenden Koeffizienten c₁ und c₂ können beide gleich 1/√ 2 sein. Anders ausgedrückt übertragen die Ausgangswellenleiter 304 und 306 beide den gleichen Bruchteil der Flussdichte eines einfallenden Strahls, der in dem Wellenleiter 302 übertragen wird.
3B zeigt eine schematische Darstellung eines Strahlteiler-Kombinierers („BSC” = beam splitter combiner) 310. Der BSC 310 weist einen ersten Wellenleiter 312 und einen zweiten Wellenleiter 314 auf. Richtungspfeile 320 und 322 stellen Eingangsstrahlen elektromagnetischer Strahlung mit elektrischen Feldamplituden E₁ bzw. E₂ dar und Richtungspfeile 324 und 326 stellen Ausgangsstrahlen elektromagnetischer Strahlung mit elektrischen Feldamplituden dar, die durch E₃ bzw. E₄ bezeichnet sind. 3C zeigt Reflexionen und Transmissionen der Strahlen, die in den BSC 310 eingegeben werden. Richtungspfeile 328 und 330 stellen Reflexions- bzw. Transmissionswege des elektrischen Feldes E₁ dar und gestrichelte Richtungspfeile 332 und 334 stellen Reflexions- bzw. Transmissionswege des elektrischen Feldes E₂ dar. In 3C stellen die Buchstaben r₄₁E₁ und t₃₁E₁ Größen des elektrischen Feldes E₁ dar, die reflektiert und transmittiert werden, und stellen r₃₂E₂ und t₄₂E₂ Größen des elektrischen Feldes E₂ dar, die reflektiert und transmittiert werden, wobei r₃₁ und r₄₂ komplexwertige Reflexionskoeffizienten darstellten und t₄₁ und t₃₂ komplexwertige Transmissionskoeffizienten darstellen, die die folgenden Beziehungen erfüllen:
Bei einem BSC 310 ohne jegliche verlustfreie Prozesse, die Energie von den elektrischen Eingangsfeldern entfernen können, wird die Energie, die dem elektrischen Eingangs- und dem Ausgangsfeld zugeordnet ist, bewahrt. Folglich können die Amplituden E₁ und E₂ des elektrischen Eingangsfeldes und die Amplituden E₃ und E₄ des elektrischen Ausgangsfeldes durch die folgende Matrixgleichung mathematisch in Beziehung gesetzt werden:
Wenn der BSC 310 50% eines einfallenden Strahls reflektiert und transmittiert, kann der BSC 310 auch ein „50:50-Strahlteiler” genannt werden und die Reflexions- und Transmissionskoeffizienten können gegeben sein durch:
Eine Halbwellenplatte („HWP”) dreht die Polarisation eines einfallenden linear polarisierten Photons um einen Winkel, der das doppelte des Winkels beträgt, der durch die einfallende Polarisation und die HWP-Achse gebildet ist. Eine HWP beispielsweise, deren Achse einen Winkel von 45° bezüglich einer horizontalen Richtung bildet, dreht ein einfallendes vertikal polarisiertes Photon zu einem horizontal polarisierten Photon und dreht ein einfallendes horizontal polarisiertes Photon zu einem vertikal polarisierten Photon. 4A–4B zeigen Polarisationszustandsveränderungen von vertikal bzw. horizontal polarisierten Photonen, die auf eine derartige HWP auftreffen. In 4A breitet sich ein vertikal polarisiertes Photon |V〉 402 entlang einer z-Koordinatenachse 404 aus und fällt an der Vorderseite einer HWP 406 ein. Wenn das vertikal polarisierte Photon |V〉 402 die HWP 406 durchläuft, tritt ein horizontal polarisiertes Photon |H〉 408 von der gegenüberliegenden Seite der HWP 406 aus. In 4B breitet sich ein horizontal polarisiertes Photon |H〉 410 entlang der z-Koordinatenachse 404 zu der Vorderseite der gleichen HWP 406 aus. Wenn das horizontal polarisierte Photon |H〉 410 die HWP 406 durchläuft, kommt ein vertikal polarisiertes Photon |V〉 412 von der gegenüberliegenden Seite der HWP 406 heraus.
Doppelbrechungskristalle zeigen zwei unterschiedliche Brechungsindizes. Die Kristalle können aus α-BaBr₂O₄ („α-BBO”), CaCO₃ („Calcit”), NbO („Niobiumoxid”), LiB₃O₅ („Lithiumtriborat” oder „LBO”) gebildet sein. Jeder Brechungsindex hängt von dem Polarisationszustand eines einfallenden Photons und der Ausrichtung des doppelbrechenden Kristalls bezüglich der Ausbreitungsrichtung des einfallenden Photons ab. Ein Doppelbrechungskristall kann verwendet werden, um horizontal und vertikal polarisierte elektromagnetische Wellen zu trennen. 5 zeigt eine isometrische Ansicht eines hypothetischen Doppelbrechungskristalls 502. Ein einfallendes Photon, das mit 45° zu einer x-Koordinatenachse 504 polarisiert ist, breitet sich entlang der z-Richtung entlang einem ersten Übertragungskanal 506 zu dem Doppelbrechungskristall 502 in der Richtung aus, die durch den Richtungspfeil 508 angegeben ist. Das einfallende Photon kann mathematisch durch eine kohärente lineare Überlagerung von vertikal und horizontal polarisierten Zuständen wie folgt dargestellt werden:
wobei
|H〉 ein horizontal polarisiertes Photon 510 darstellt, das in einer xz-Ebene des Doppelbrechungskristalls 502 liegt: und
|V〉 ein vertikal polarisiertes Photon 512 darstellt, das in einer yz-Ebene des Doppelbrechungskristalls 502 liegt.
Wie es in 5 gezeigt ist, durchläuft das horizontal polarisierte Photon |H〉 510 den Doppelbrechungskristall 502 unabgelenkt und breitet sich weiter entlang dem ersten Übertragungskanal 406 aus, wohingegen das vertikal polarisierte Photon |V〉 512 innerhalb des Doppelbrechungskristalls 502 abgelenkt wird und an einem zweiten Übertragungskanal 514 aus dem Doppelbrechungskristall 502 herauskommt. Ein Doppelbrechungskristall kann auch verwendet werden, um ein vertikal polarisiertes Photon mit einem horizontal polarisierten Photon zu kombinieren, um eine kohärente lineare Überlagerung von Photonen zu erhalten. Ein Umkehren der Ausbreitungsrichtungen des horizontal polarisierten Photons |H〉 510 und des vertikal polarisierten Photons |V〉 512 erzeugt das mit 45° polarisierte Photon |45°〉, das sich in die Richtung ausbreitet, die durch einen Richtungspfeil 516 angegeben ist.
Bei einer spontanen Parameterherunterumsetzung („SPDC” = spontaneous parametric-down conversion) teilt ein nichtlinearer Doppelbrechungskristall einen einfallenden Strahl elektromagnetischer Strahlung in einem kohärenten Zustand |α〉, ein „Pumpstrahl” genannt, in ein Paar von Photonenstrahlen, die ein „Signalstrahl” und ein „Leerlaufstrahl” genannt werden. 6 zeigt einen nichtlinearen Doppelbrechungskristall, der einen Pumpstrahl in einem kohärenten Zustand |α〉 in ein Paar von Signal- und Leerlaufphotonenstrahlen teilt. In 6 fällt ein Pumpstrahl 602, der eine Frequenz ω_p und eine Wellenzahl k_p aufweist, an einem nichtlinearen Kristall 604 der Länge L ein. Der Pumpstrahl 602 erzeugt eine erste elektromagnetische Welle mit nichtlinearer Polarisation und eine zweite elektromagnetische Welle mit nichtlinearer Polarisation innerhalb des nichtlinearen Kristalls 604. Die erste Welle mit nichtlinearer Polarisation wird eine „Leerlauf”-Welle genannt, die mit einer durch ω_i bezeichneten Frequenz schwingt, und die zweite Welle mit nichtlinearer Polarisation wird eine „Signal”-Welle genannt, die mit einer durch ω_s bezeichneten Frequenz schwingt. Die Begriffe „Signal” und „Leerlauf sind historische Begriffe, die keine spezielle Bedeutung aufweisen. Folglich ist die Wahl von Strahlkennzeichnungen beliebig. Wenn die relativen Phasen der zwei Wellen mit nichtlinearer Polarisation und der anfänglichen Pumpwelle sich konstruktiv addieren, wird ein Leerlaufstrahl 606 mit der Frequenz ω_i und entsprechender Wellenzahl k_i ausgegeben und wird ein Signalstrahl 608 mit der Frequenz ω_s und entsprechender Wellenzahl k_s ausgegeben. Bei einem verlustfreien nichtlinearen Kristall erfordert eine Energiebewahrung: ħω_p = ħω_i + ħω_s, wobei h Planck'sche Konstanten darstellt.
Bei dem Herunterumsetzungsprozess werden die Quantenzustände des nichtlinearen Kristalls unverändert belassen. Anders ausgedrückt sind der anfängliche und der endgültige quantenmechanische Zustand des nichtlinearen Kristalls 604 identisch. Die unterschiedlichen Leerlauf- und Signalstrahlen 606 und 608, die von dem nichtlinearen Kristall 604 ausgegeben werden, sind das Ergebnis von Nichtlinearität und Doppelbrechung, und der Brechungsindex des nichtlinearen Kristalls hängt von der Polarisationsrichtung des einfallenden Pumpstrahls ab.
Es gibt zwei Arten von Herunterumsetzungsprozessen, die nichtlinearen Kristallen zugeordnet sind. Die erste Art, „Typ-I-Herunterumsetzung” genannt, tritt auf, wenn der Signal- und der Leerlaufstrahl, die von einem nichtlinearen Kristall ausgegeben werden, identische Polarisationen aufweisen, und die zweite Art, „Typ-II-Herunterumsetzung” genannt, tritt auf, wenn der Signal- und der Leerlaufstrahl orthogonale Polarisationen aufweisen. 7A–7B zeigen zwei Beispiele der Typ-I-Herunterumsetzung. In 7A empfängt ein erster Typ-I-Herunterumsetzungskristall (Typ-I-„DCC”-Kristall; DCC = down-conversion crystal) 702 einen vertikal polarisierten Pumpstrahl 704 in einem kohärenten Zustand, der durch |α_V〉_p bezeichnet ist, und gibt sowohl ein vertikal polarisiertes Signalphoton |V〉_s 706 als auch ein vertikal polarisiertes Leerlaufphoton |V〉_i 708 aus. In 7B empfängt ein zweiter Typ-I-DCC 710 einen horizontal polarisierten Pumpstrahl 712 in einem kohärenten Zustand, der durch |α_H〉_p bezeichnet ist, und gibt sowohl ein vertikal polarisiertes Signalphoton |V〉_s 714 als auch ein vertikal polarisiertes Leerlaufphoton |V〉_i 716 aus. 7C zeigt ein Beispiel einer Typ-II-Herunterumsetzung.
Der Typ-II-DCC 718 empfängt einen vertikal polarisierten Pumpstrahl 720 in einem kohärenten Zustand, der durch |α_V〉_p bezeichnet ist, und gibt simultan sowohl ein vertikal polarisiertes Signalphoton |V〉_s 722 als auch ein horizontal polarisiertes Leerlaufphoton |H〉_i 724 aus.
Die Theorie, die SPDC bei nichtlinearen Volumenkristallen zugeordnet ist, ist gut etabliert. Bei einem nichtlinearen Volumenkristall ist eine Leistung eines herunterumgesetzten Signals über alle Emissionswinkel, die in dem Frequenzintervall (Wellenlängenintervall) emittiert werden, gut integriert, was ein Resultat ergibt, das von der Pumpstrahlpunktgröße unabhängig ist. Für eine detaillierte Beschreibung der Theorie hinter der Parameterherunterumsetzung bei Volumenkristallen siehe „Hot spots in parametric fluorescence with a pump beam of finite cross section”, K. Koch u. a., IEEE J. Quantum Electron. 31, 769 (1995). Es ist jedoch zu beachten, dass die Versuchsbedingungen, die zu SPDC bei Volumenkristallen führen, nicht für SPDC in Wellenleitern gelten. Es gibt lediglich eine endliche und kleine Anzahl von Transversalmoden, die durch einen Wellenleiter einer gegebenen Länge unterstützt werden kann. Zusätzlich gibt es eventuell lediglich einen einzigen Satz von Transversalmoden, die Phasenanpassungsbedingungen erfüllen. Folglich werden im Wesentlichen alle SPDC-Photonen in einer einzigen Transversalmode emittiert, wobei es sich im Allgemeinen um gesonderte Moden für die Signal- und die Leerlaufphotonen handelt und die zu einer hohen Dichte von SPDC-Photonen führt, die sich alle entlang dem Wellenleiter ausbreiten, was zu einer Verschmälerung der Spektralbandbreite führt. Bei dieser Geometrie führt ferner ein Erhöhen der Pumpeingrenzung nicht zu einer entsprechenden Verringerung der Helligkeit aufgrund einer Emission in zusätzliche Transversalmoden, was nahelegt, dass eine erhöhte Eingrenzung zu einer erhöhten Signalstrahl- und Leerlaufstrahlproduktion führt.
Die Effizienz eines Wellenleiters bei einem nichtlinearen Kristall kann durch ein Untersuchen der Spektralleistungsdichte eines Wellenleiters bewertet werden, was für den Signalstrahl wie folgt dargestellt werden kann:
wobei
L die Länge des Wellenleiters des nichtlinearen Kristalls ist:
P_p eine Leistung des Pumpstrahls ist;
A_l die wirksame Wechselwirkungsfläche ist; und
Δk = k_p – k_s – k_i, die „Wellenvektor- oder Moment-Fehlanpassung” genannt wird.
8A ist eine Auftragung einer Spektralleistungsdichte über ΔkL/2. Eine horizontale Achse 802 entspricht einem Bereich von ΔkL/2-Werten, eine vertikale Achse 804 entspricht der Spektralleistungsdichte, die einem Signalstrahl zugeordnet ist, der von einem nichtlinearen Kristallwellenleiter emittiert wird, und eine Kurve 806 stellt die Spektralleistungsdichte in Abhängigkeit von ΔkL/2 dar. Die Kurve 806 zeigt eine maximale Effizienz oder Spektralleistungsdichte, wenn Δk gleich Null ist, und zeigt, dass die Effizienz des nichtlinearen Kristalls sich verringert, wenn sich |Δk|L erhöht. Folglich kann bei großen Werten von |Δk|L ungleich Null Leistung rückwärts von dem Signal- und dem Leerlaufstrahl in den Pumpstrahl fließen. Die maximale Effizienz (Δk = 0) ist erreicht, wenn die elektromagnetischen Wellen, die bei dem Herunterumsetzungsprozess betroffen sind, phasenangepasst sind, so dass dieselben sich in der Vorwärtsausbreitungsrichtung konstruktiv addieren. Es ist zu beachten, dass eine ähnlich geformte Spektralleistungsdichtekurve für den Leerlaufstrahl existiert und ebenfalls um die Wellenvektorfehlanpassung Δk gleich Null herum zentriert ist.
Die primären Unterschiede zwischen SPDC bei einem Wellenleiter mit nichtlinearem Kristall und einem nichtlinearen Volumenkristall lassen sich wie folgt beschreiben: Bei dem Wellenleiter mit nichtlinearem Kristall tritt lediglich eine kleine Anzahl von Moden wirksam in Wechselwirkung, während bei dem nichtlinearen Volumenkristall die Gaußsche Pumpmode mit einem Kontinuum von Ebene-Welle-Moden in Wechselwirkung tritt. Die Emission des Wellenleiters mit nichtlinearem Kristall ist auf ein begrenztes kollineares Band beschränkt, das durch den obigen sinc-Term gekennzeichnet ist, während die Emission für den nichtlinearen Volumenkristall nicht kollinear ist. Für eine detailliertere Beschreibung theoretischer und experimenteller Ergebnisse von nichtlinearen Kristallwellenleitern siehe „Spontaneous parametric down-conversion in periodically polled KTP waveguides and bulk crystals”, M. Fiorentino u. a., Optics Express, Bd. 15, Nr. 12, 11. Juni 2007; und „Spontaneous parametric down-conversion in a nanophotonic waveguide”, S. Spillane u. a., Optics Express, Bd. 15, Nr. 14, 9. Juli 2007, die hierin durch Bezugnahme aufgenommen sind.
Die Phasenanpassungsbedingung (Δk = 0) kann häufig durch vorsichtiges Steuern der Brechungsindizes erhalten werden, die dem Pump-, dem Signal- sowie dem Leerlaufstrahl zugeordnet sind. Typischerweise wird eine Phasenanpassung durch entweder eine Winkeleinstellung oder eine Temperatureinstellung erreicht, was beides gut bekannte Phasenanpassungstechniken sind. Es gibt jedoch Umstände, wenn Winkel- und Temperatureinstellungstechniken zum Beibehalten der Phasenanpassungsbedingung nicht geeignet sind. Beispielsweise können bestimmte nichtlineare Kristalle eine ungenügende Doppelbrechung besitzen, um die Dispersion der linearen Brechungsindizes über einen breiten Wellenlängenbereich zu kompensieren, und bei anderen nichtlinearen Kristallen bewirkt eine elektromagnetische Strahlung mit zunehmend kürzeren Wellenlängen, dass der Brechungsindex, der dem Signalstrahl zugeordnet ist, sich dem Brechungsindex des Leerlaufstrahls annähert.
Eine Quasiphasenanpassung kann verwendet werden, wenn eine normale Phasenanpassung nicht implementiert werden kann. Quasiphasenanpassung kann durch ein periodisches Polen von Herunterumsetzungskristallen erzielt werden. 8B zeigt einen hypothetischen, periodisch gepolten Herunterumsetzungskristall 810. Der Herunterumsetzungskristall 810 weist sechs abwechselnde Schichten 811–816 des gleichen Doppelbrechungsmaterials auf. Die Kristallgitter der Schichten 811, 813 und 815 sind alle in die gleiche Richtung ausgerichtet, wie es durch nach unten gerichtete Pfeile angegeben ist, wie beispielsweise den nach unten gerichteten Pfeil 818. Im Gegensatz dazu sind die Kristallgitter der Schichten 812, 814 und 816 alle in die entgegengesetzte Richtung der Schichten 811, 812 und 815 ausgerichtet, wie es durch die nach oben gerichteten Pfeile angegeben ist, wie beispielsweise den nach oben gerichteten Pfeil 820. Die Periode der abwechselnden Schichten ist durch A dargestellt. Verfahren zum periodischen Polen eines nichtlinearen Kristalls sind auf dem Gebiet gut bekannt.
Die folgende Erörterung beschreibt, wie ein periodisches Polen eine Wellenvektorfehlanpassung Δk ungleich Null durch ein Untersuchen kompensieren kann, wie die Leistung des Signals durch die Eigenschaften für drei unterschiedliche nichtlineare Kristalle verändert wird. 8C ist eine Auftragung von drei Signalleistungen, die jeweils Signalen zugeordnet sind, die sich durch einen unterschiedlichen nichtlinearen Kristall ausbreiten. Eine horizontale Achse 822 entspricht dem Ausbreitungsabstand innerhalb jedes nichtlinearen Kristalls und eine vertikale Achse 824 entspricht der Leistung des Signalfeldes, das sich durch jeden nichtlinearen Kristall bei dem Vorliegen eines starken Pumpfeldes ausbreitet. Eine Kurve 826 zeigt, dass bei einem ersten nichtlinearen Einkristall mit vollkommen phasenangepasster Wechselwirkung (Δk = 0) die Signalleistung linear mit dem Ausbreitungsabstand z wächst. Im Gegensatz dazu ist eine Kurve 828 einem zweiten nichtlinearen Einkristall zugeordnet, wobei jedoch aufgrund einer Wellenvektorfehlanpassung ungleich Null die Feldleistung schwingt. Folglich beträgt die durchschnittliche Feldleistung über dem Ausbreitungsabstand des zweiten nichtlinearen Kristalls Null. Eine Kurve 830 ist einem periodisch gepolten nichtlinearen Kristall zugeordnet. Die Kurve 830 zeigt, dass durch ein periodisches Polen eines nichtlinearen Kristalls, der normalerweise eine Wellenvektorfehlanpassung ungleich Null zeigt, wenn die Leistung des Signals dabei ist, sich infolge der Wellenvektorfehlanpassung zu verringern, eine Umkehrung an dem Ende der Periode Λ auftritt, was ermöglicht, dass die Leistung monoton anwächst. Ähnliche Betrachtungen gelten für den Leerlaufstrahl.
Die Wellenvektorfehlanpassung für einen periodisch gepolten nichtlinearen Kristall ist gegeben durch:
wobei Δk_wg der Wellenleiterbeitrag zu der Phasenanpassung ist, und die optimale Periode lautet:
Ausfuhrungsbeispiele der vorliegenden Erfindung
9 zeigt eine schematische Draufsicht einer ersten Quelle 900 polarisationsverschränkter Photonen gemäß Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung. Die Quelle 900 verschränkter Photonen weist einen Typ-I-DCC 902, einen Strahlverschieber 904, eine HWP 906 und einen dielektrischen Abstandhalter 908 auf, die alle an einem einzigen Chip positioniert sein können. Die HWP 906 und der dielektrische Abstandhalter 908 sind zwischen dem Typ-I-DCC 902 und dem Strahlverschieber 904 positioniert. Die Quelle 900 verschränkter Photonen umfasst ferner eine Linse 910, einen dichroitischen Spiegel 912 und kann optional eine Antireflexionsbeschichtung 914 umfassen, die an einer Oberfläche des Typ-I-DCC 902 gegenüber der HWP 906 und dem dielektrischen Abstandhalter 908 aufgebracht ist.
Der Typ-I-DCC 902 kann ein z-geschnittener nichtlinearer Kristall, wie beispielsweise z-geschnittenes LiNbO₃ („Lithiumniobat”), KTiOPO₄ („KTP”), KTiOAsO₄ („KTA”), LiIO₃ („Lithiumiodat”), LiTaO₃ („Lithiumtantalat”), oder irgendein anderes geeignetes nichtlineares Kristallmaterial oder nichtlineares elektrooptisches Polymer sein. Der Typ-I-DCC 902 umfasst eine optische Achse und der Begriff „z-geschnitten” gibt an, dass diese optische Achse senkrecht zu der Ebene des Typ-I-DCC 902 gerichtet ist. Der Strahlverschieber 904 kann ein α-BBO, Calcit, NbO, LBO oder ein anderer geeigneter Doppelbrechungskristall sein. Die optionale Antireflexionsbeschichtung 914 kann aus Magnesiumoxid gebildet sein.
Wie es in 9 und in nachfolgenden Ausführungsbeispielen, die in 10–14 gezeigt sind, gezeigt ist, umfasst der Typ-I-DCC 902 in stark durchgezogenen Linien 916 und 918 dargestellte Wellenleiter. Der Weg von elektromagnetischer Strahlung, die durch den Strahlverschieber 904, die Halbwellenplatte 906 und den dielektrischen Abstandhalter 908 durchgelassen wird, ist durch dicke gestrichelte Linien dargestellt. Die Wellenleiter 916 und 918 können Stegwellenleiter oder Regionen mit einem höheren Brechungsindex als der Rest der Quelle 900 verschränkter Photonen sein. Die Wellenleiter können durch ein Dotieren spezifischer Regionen des Typ-I-DCC 902 mit Protonen oder Atomen gebildet sein. Beispielsweise können Wellenleiter mit einem höheren Brechungsindex als der Rest einer LiNbO₃-Kristallschicht durch infundieren von Regionen mit Ti in der LiNbO₃-Kristallschicht gebildet sein. Für eine detailliertere Beschreibung von Wellenleitern in DCCs siehe die oben angegebenen Schriften von M. Fiorentino und S. Spillane. In 9 biegt sich der Wellenleiter 918 zu dem Wellenleiter 916 hin, wobei ein 50:50-BSC 920 gebildet wird. Es ist zu beachten, dass bei anderen Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung ein Y-förmiger Wellenleiter anstelle des BSC 920 verwendet werden kann. Eine schattierte Region 922 stellt eine periodisch gepolte Region des Typ-I-DCC 902 dar. Die HWP 906 dreht polarisierte elektromagnetische Strahlung, die von dem Wellenleiter 916 ausgegeben wird, um näherungsweise 90°. Der dielektrische Abstandhalter 908 dreht polarisierte elektromagnetische Strahlung, die von dem Wellenleiter 918 ausgegeben wird, nicht, kann aus SiO₂ oder einem anderen geeigneten dielektrischen Material gebildet sein und ist enthalten, um die Weglängen von elektromagnetischer Strahlung, die von dem Typ-I-DCC 902 ausgegeben wird, im Wesentlichen auszugleichen. Der Strahlverschieber 904 ist positioniert und konfiguriert, um Strahlen von elektromagnetischer Strahlung, die von den Wellenleitern 916 und 918 ausgegeben werden, zu einem einzigen Strahl von elektromagnetischer Strahlung zu kombinieren. Die Quelle 900 verschränkter Photonen kann durch ein Substrat (nicht gezeigt) mit einem niedrigeren Brechungsindex als die Quelle 900 verschränkter Photonen getragen sein und stört die Übertragung elektromagnetischer Strahlung in den Wellenleitern nicht. Beispielsweise kann SiO₂, Poly(Methylmethacrylat) („PMMA”) verwendet werden, um das Substrat zu bilden.
Die Quelle 900 verschränkter Photonen empfängt einen Pumpstrahl in entweder einem horizontal oder vertikal polarisierten kohärenten Zustand von einer Pumpstrahlquelle 924. Die Begriffe „Horizontale” und „horizontal” beziehen sich auf elektromagnetische Wellen mit elektrischen Feldkomponenten, die parallel zu der Ebene einer Quelle verschränkter Photonen polarisiert sind, und die Begriffe „Vertikale” und „vertikal” beziehen sich auf elektromagnetische Wellen mit elektrischen Feldkomponenten, die orthogonal zu der Ebene der Quelle verschränkter Photonen polarisiert sind. Der Pumpstrahl kann eine kontinuierliche elektromagnetische Welle oder ein Puls einer elektromagnetischen Welle sein, der zu dem Wellenleiter 916 eingegeben wird. Die optionale Antireflexionsbeschichtung 914 kann verwendet werden, um zu verhindern, dass zumindest ein Teil des Pumpstrahls in andere Regionen des Typ-I-DCC 902 eindringt. Die Quelle 900 verschränkter Photonen gibt polarisationsverschränkte Photonen in einem verschränkten Zustand aus, dargestellt durch:
wobei
|H〉_s und |V〉_s horizontal und vertikal polarisierte als Signal bezeichnete Photonen darstellen, die in einem Signalausgangskanal 926 ausgegeben werden;
|H〉_i und |V〉_i horizontal und vertikal polarisierte als Leerlauf bezeichnete Photonen darstellen, die in einem Leerlaufausgangskanal 928 ausgegeben werden; und
θ eine relative Phasendifferenz zwischen horizontal und vertikal polarisierten Photonen ist.
Ein Erzeugen polarisationsverschränkter Photonen in dem Zustand |ϕ〉 unter Verwendung eines Pumpstrahls in einem horizontal polarisierten, kohärenten Zustand, bezeichnet durch |α_H〉_p, der von der Pumpstrahlquelle 924 ausgegeben wird, wird wie folgt beschrieben. Der 50:50-BSC 920 empfängt den Pumpstrahl |α_H〉_p in dem Wellenleiter 916 und gibt zwei wegabhängige Pumpstrahlen in einer kohärenten linearen Überlagerung von Zuständen aus, dargestellt durch:
wobei
|α_H〉_1p einen horizontal polarisierten Pumpstrahl darstellt, der in dem Wellenleiter 918 übertragen wird; und
|α_H〉_2p einen horizontal polarisierten Pumpstrahl darstellt, der in dem Wellenleiter 916 übertragen wird.
Bei der folgenden Beschreibung verschiedener Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden numerische Tiefstellungen an Zuständen verwendet, um eine Wegabhängigkeit von Photonen anzugeben, die entlang Wellenleitern in den DCCs übertragen werden. Die Wege sind in 9–14 durch eingekreiste Zahlen bezeichnet. Beispielsweise entspricht die Tiefstellung „1”, die dem kohärenten Zustand |α_H〉_1p zugeordnet ist, elektromagnetischer Strahlung in einem kohärenten Zustand, die in dem oberen Wellenleiter 918 übertragen wird, der in 9–14 auch durch die eingekreiste Zahl „1” angegeben ist.
Wenn die horizontal und vertikal polarisierten Pumpstrahlen |α_H〉_1p und |α_H〉_2p durch den Typ-I-DCC 902 übertragen werden, wird der horizontal polarisierte Pumpstrahl |α_H〉_1p, der in dem Wellenleiter 918 übertragen wird, in ein Paar von horizontal polarisierten Signal- und Leerlaufphotonen umgewandelt, was wie folgt dargestellt ist:
und wird der horizontal polarisierte Pumpstrahl |α_H〉_2p, der in dem Wellenleiter 916 übertragen wird, in ein Paar von horizontal polarisierten Signal- und Leerlaufphotonen umgewandelt, was ebenfalls wie folgt dargestellt ist:
Die HWP 906 empfängt die horizontal polarisierten Signal- und Leerlaufphotonen |H〉_2s|H〉_2i und gibt vertikal polarisierte Signal- und Leerlaufphotonen |V〉_2s|V〉_2i aus. Der Strahlverschieber 904 entfernt eine Wegabhängigkeit durch Kombinieren des Signal- und des Leerlaufphotons in dem Zustand |V〉_2s|V〉_2i mit dem Signal- und dem Leerlaufphoton in dem Zustand |H〉_1s|H〉_1i zu einem Weg und gibt polarisationsverschränkte Photonen in dem Zustand |ϕ〉 aus. Die Linse 910 kollimiert polarisationsverschränkte Photonen, die von dem Strahlverschieber 904 ausgegeben werden. Der dichroitische Spiegel 912 trennt die polarisationsverschränkten Photonen in dem Zustand |ϕ〉 in ein Signal- und ein Leerlaufphoton, die in den Ausgangskanälen 926 bzw. 928 übertragen werden. Wenn beispielsweise vertikal polarisierte Photonen |V〉_s in dem Signalausgangskanal 926 erfasst werden, werden vertikal polarisierte Photonen |V〉_i in dem Leerlaufausgangskanal 928 erfasst. Der Zustand |ϕ〉 gibt jedoch auch an, dass, wenn horizontal polarisierte Photonen |H〉_s in dem Signalausgangskanal 926 erfasst werden, horizontal polarisierte Photonen |H〉_i in dem Leerlaufausgangskanal 928 erfasst werden. Die Ausgangskanäle 926 und 928 können mit einem Quantenrechner, Quanteninformationsprozessor oder -speichervorrichtung, einer Quantenkryptographievorrichtung, einer Quantenteleportationsvorrichtung oder einer anderen optikbasierten Vorrichtung oder einem Netzwerk gekoppelt sein, die bzw. das polarisationsverschränkte Photonen einsetzt.
Es ist zu beachten, dass bei anderen Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung die Pumpstrahlquelle 924 abgestimmt sein kann, um einen Strahl in einem vertikal polarisierten, kohärenten Zustand, der durch |α_V〉_p bezeichnet ist, in den Wellenleiter 916 der Quelle 900 verschränkter Photonen einzugeben, was ebenfalls polarisationsverschränkte Photonen in dem Zustand |ϕ〉 ergibt.
10 zeigt eine schematische Draufsicht einer Quelle 1000 polarisationsverschränkter Photonen gemäß Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung. Die Quelle 1000 verschränkter Photonen ist beinahe identisch mit der Quelle 900 verschränkter Photonen, außer dass der Strahlverschieber 904 und die Linse 910 der Quelle 900 verschränkter Photonen durch einen Strahlverschieber 1002 mit einer äußeren Linsenoberfläche 1004 ersetzt wurden, die den Strahl kollimiert, der von dem Doppelbrechungskristall 1002 ausgegeben wird. Die Quelle 1000 verschränkter Photonen führt die gleichen Handlungen an polarisierten Strahlen durch, die von der Pumpstrahlquelle 924 eingegeben werden, wobei sich polarisationsverschränkte Photonen in dem Zustand |ϕ〉 ergeben.
Bei anderen Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung können polarisationsverschränkte Photonen in dem Zustand |ϕ〉 unter Verwendung eines Typ-II-DCC erzeugt werden. 11 zeigt eine schematische Draufsicht einer dritten Quelle 1100 polarisationsverschränkter Photonen gemäß Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung. Wie es in 11 gezeigt ist, weist die Quelle 1100 verschränkter Photonen einen Typ-II-DCC 1102, einen ersten Strahlverschieber 1104, der von einem zweiten Strahlverschieber 1106 durch eine erste HWP 1108 getrennt ist, eine zweite HWP 1110, einen ersten dielektrischen Abstandhalter 1112 und einen zweiten dielektrischen Abstandhalter 1114 auf, die alle an einem einzigen Chip positioniert sein können. Der Typ-II-DCC 1102 kann ein z-geschnittener nichtlinearer Kristall sein, wie beispielsweise Lithiumniobat, KTP, KTA, Lithiumniobat, Lithiumiodat, Lithium, Tantalat oder irgendein anderer geeigneter nichtlinearer Kristall oder ein elektrooptisches Polymer, wobei die optische Achse senkrecht zu der Ebene des Typ-II-DCC 1102 positioniert ist. Der Typ-II-DCC 1102 umfasst ferner eine periodisch gepolte Region 1116. Der erste Strahlverschieber 1104 ist positioniert und konfiguriert, so dass Strahlen von vertikal polarisierter elektromagnetischer Strahlung, die in den Wellenleitern 918 und 916 übertragen werden, sich in Wege 1118 bzw. 1120 verzweigen, und der zweite Strahlverschieber 1106 ist positioniert und konfiguriert, so dass Strahlen von vertikal polarisierter elektromagnetischer Strahlung, die von dem dielektrischen Abstandhalter 1114 ausgegeben werden, sich in Wege 1122 und 1124 verzweigen. Die Quelle 1100 verschränkter Photonen kann durch ein SiO₂-, PMMA- oder irgendein anderes Substrat (nicht gezeigt) getragen sein, das einen niedrigeren Brechungsindex als die Quelle 1100 verschränkter Photonen aufweist und die elektromagnetische Strahlung, die in den Wellenleitern übertragen wird, nicht stört.
Die Quelle 1100 verschränkter Photonen empfängt einen Pumpstrahl in entweder einem horizontal oder vertikal polarisierten kohärenten Zustand von der Pumpstrahlquelle 924. Der Pumpstrahl kann auch eine kontinuierliche elektromagnetische Welle oder ein Puls einer elektromagnetischen Welle sein, die bzw. der in den Wellenleiter 916 eingegeben wird. Die Quelle 1100 verschränkter Photonen gibt polarisationsverschränkte Photonen in dem verschränkten Zustand |ϕ〉 aus. Wie es oben bezüglich der Quelle 900 verschränkter Photonen beschrieben wurde, empfängt der 50:50-BSC 920 den Pumpstrahl |α_H〉_p in dem Wellenleiter 916 und gibt elektromagnetische Strahlung in einer kohärenten linearen Überlagerung von Zuständen |β〉 aus, wie es oben bezüglich 9 beschrieben ist. Der Typ-II-DCC 1102 wandelt den horizontal polarisierten Pumpstrahl |α_H〉_1p, der in dem Wellenleiter 918 übertragen wird, in ein Paar von horizontal und vertikal polarisierten Signal- und Leerlaufphotonen um, was wie folgt dargestellt ist:
und wandelt den horizontal polarisierten Pumpstrahl |α_H〉_2p, der in dem Wellenleiter 916 übertragen wird, in ein weiteres Paar von horizontal und vertikal polarisierten Signal- und Leerlaufphotonen um, was wie folgt dargestellt ist:
Der Zustand von Photonen, die aus dem Typ-II-DCC 1102 ausgegeben werden, ist gegeben durch:
Der erste und der zweite Doppelbrechungskristall 1104 und 1106 und die HWPs 1108 und 1110 sind konfiguriert, wie es in 11 gezeigt ist, um die Leerlaufphotonen in dem Leerlaufausgangskanal 1126 und die Signalphotonen in dem Signalausgangskanal 1128 wie folgt zu platzieren. Der erste Strahlverschieber 1104 teilt das Paar von Photonen in dem Zustand |H〉_1s|V〉_1i, die von dem Wellenleiter 918 ausgegeben werden, so dass vertikal polarisierte Leerlaufphotonen |V〉_1i entlang dem Weg 1118 übertragen werden, und teilt das Paar von Photonen |H〉_2s|V〉_2i, die von dem Wellenleiter 916 ausgegeben werden, so dass vertikal polarisierte Leerlaufphotonen |V〉_2i entlang dem Weg 1120 übertragen werden. Vertikal polarisierte Photonen |V〉_2i, die entlang dem Weg 1120 übertragen werden, verbinden sich mit horizontal polarisierten Photonen |H〉_1s und die Polarisationszustände derselben sind durch die dielektrischen Abstandhalter 1112 und 1114 unverändert. Die HWP 1108 wandelt vertikal polarisierte Photonen |V〉_1i in horizontal polarisierte Photonen |H〉_1i um und die HWP 1110 wandelt horizontal polarisierte Photonen |H〉_2i in vertikal polarisierte Photonen |V〉_2i um. Nach der ersten HWP 1108 und dem zweiten dielektrischen Abstandhalter 1114 befinden sich folglich die Photonen, die in den Strahlverschieber 1106 eintreten, in einem verschränkten Polarisationszustand, der mathematisch dargestellt ist durch:
Der zweite Strahlverschieber 1106 entfernt eine Wegabhängigkeit durch Kombinieren von Leerlaufphotonen in dem Leerlaufausgangskanal 1126 und durch Kombinieren von Signalphotonen in dem Signalausgangskanal 1128, um polarisationsverschränkte Photonen in dem verschränkten Zustand |ϕ〉 zu ergeben. Wenn vertikal polarisierte Photonen |V〉_s in dem Signalausgangskanal 1128 erfasst werden, werden vertikal polarisierte Photonen |V〉_i in dem Leerlaufausgangskanal 1126 erfasst, und wenn horizontal polarisierte Photonen |H〉_s in dem Signalausgangskanal 1128 erfasst werden, werden horizontal polarisierte Photonen |H〉_i in dem Leerlaufausgangskanal 1126 erfasst.
Bei anderen Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung können polarisationsverschränkte Photonen in dem Zustand |ψ〉 durch ein Einbringen einer HWP in entweder den Leerlaufausgangskanal oder den Signalausgangskanal der Quellen 900, 1000 und 1100 verschränkter Photonen erzeugt werden, die oben mit Bezug auf 9–11 beschrieben sind. 12 zeigt eine schematische Draufsicht einer vierten Quelle 1200 polarisationsverschränkter Photonen gemäß Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung. Die Quelle 1200 verschränkter Photonen ist identisch mit der Quelle 900 verschränkter Photonen, die in 9 gezeigt ist, mit Ausnahme einer zusätzlichen HWP 1202, die in dem Signalausgangskanal 926 positioniert ist. Die HWP 1202 ist an den Signalstrahlphotonen, die von dem dichroitischen Spiegel 912 ausgegeben werden, wie folgt wirksam:
Wenn folglich horizontal polarisierte Photonen |H〉_s in dem Signalausgangskanal 926 erfasst werden, werden vertikal polarisierte Photonen |V〉_i in dem Leerlaufausgangskanal 928 erfasst, und wenn vertikal polarisierte Photonen |V〉_s in dem Signalausgangskanal 926 erfasst werden, werden horizontal polarisierte Photonen |H〉_i in dem Leerlaufausgangskanal 928 erfasst.
13 zeigt eine schematische Draufsicht einer fünften Quelle 1300 polarisationsverschränkter Photonen gemäß Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung. Die Quelle 1300 verschränkter Photonen ist identisch mit der Quelle 1200 verschränkter Photonen, die in 12 gezeigt ist, mit Ausnahme der HWP 1202, die in dem Signalausgangskanal 926 positioniert ist. Die HWP 1002 ist an den Signalstrahlphotonen, die von dem dichroitischen Spiegel 912 ausgegeben werden, wirksam, um das Folgende zu ergeben:
14 zeigt eine schematische Draufsicht einer sechsten Quelle 1400 polarisationsverschränkter Photonen gemäß Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung. Die Quelle 1400 verschränkter Photonen ist identisch mit der Quelle 1100 verschränkter Photonen, die in 11 gezeigt ist, mit Ausnahme der HWP 1402, die in dem Signalausgangskanal 1128 positioniert ist. Die HWP 1402 ist an den Signalstrahlphotonen, die von dem zweiten Doppelbrechungskristall ausgegeben werden, wirksam, um Folgendes zu ergeben:
Bei anderen Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung können die HWPs 1202 und 1404 in den Leerlaufausgangskanälen platziert sein, um polarisationsverschränkte Photonen in dem Zustand |ψ〉 zu ergeben.
Beispiele
Wenn die Pumpstrahlquelle 924 konfiguriert ist, um einen Pumpstrahl mit einer Wellenlänge von näherungsweise 405 nm auszugeben, emittieren die Quellen 900 und 1000 verschränkter Photonen Paare von verschränkten Signal- und Leerlaufphotonen mit entsprechenden Wellenlängen von näherungsweise 800 und 820 nm. Wenn die Pumpstrahlquelle 924 konfiguriert ist, um einen Pumpstrahl mit einer Wellenlänge von näherungsweise 650 nm auszugeben, emittieren die Quellen 900 und 1000 verschränkter Photonen Paare von verschränkten Signal- und Leerlaufphotonen mit entsprechenden Wellenlängen von näherungsweise 1290 und 1310 nm. Wenn die Pumpstrahlquelle 924 konfiguriert ist, um einen Pumpstrahl mit einer Wellenlänge von näherungsweise 780 nm auszugeben, emittieren die Quellen 900 und 1000 verschränkter Photonen Paare von verschränkten Signal- und Leerlaufphotonen mit entsprechenden Wellenlängen von näherungsweise 1550 und 1570 nm.
Die vorhergehende Beschreibung verwendete zu Erläuterungszwecken eine spezifische Nomenklatur, um ein gründliches Verständnis der Erfindung zu liefern. Einem Fachmann auf dem Gebiet ist jedoch ersichtlich, dass die spezifischen Einzelheiten nicht erforderlich sind, um die Erfindung zu praktizieren. Die vorhergehenden Beschreibungen spezifischer Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung sind zu Zwecken der Veranschaulichung und Beschreibung vorgelegt. Dieselben sollen nicht erschöpfend sein oder die Erfindung auf die präzisen offenbarten Formen beschränken. Offensichtlich sind viele Modifikationen und Variationen angesichts der obigen Lehren möglich. Die Ausführungsbeispiele sind gezeigt und beschrieben, um die Grundlagen der Erfindung und die praktischen Anwendungen derselben am besten zu erläutern, um dadurch zu ermöglichen, dass andere Fachleute auf dem Gebiet die Erfindung und verschiedene Ausführungsbeispiele mit verschiedenen Modifikationen am besten nutzen können, wie dieselben für die spezielle betrachtete Verwendung geeignet sind. Es ist beabsichtigt, dass der Schutzbereich der Erfindung durch die folgenden Ansprüche und die Äquivalente derselben definiert sein soll:

Claims

Eine Quelle (900) polarisationsverschränkter Photonen, die folgende Merkmale aufweist: einen optisch nichtlinearen Kristall (902), der eine parametrische Frequenzkonversion von einfallender elektromagnetischer Strahlung in optisch niederfrequentere ausfallende elektromagnetische Strahlung bewirkt, und der einen ersten Wellenleiter (916) und einen zweiten Wellenleiter (918) aufweist, die in einem vorderen Bereich einen Strahlteiler (920) ausbilden, und wobei der nichtlineare Kristall (902) in einem hinteren Bereich der Wellenleiter eine periodisch gepolte Region (922) aufweist; eine Pumpstrahlquelle (924), die elektromagnetische Strahlung emittiert, die im vorderen Bereich in den ersten Wellenleiter (916) eingekoppelt wird; einen dielektrischen Abstandhalter (908), der benachbart zu dem nichtlinearen Kristall (902) positioniert ist und konfiguriert ist, um elektromagnetische Strahlung zu empfangen, die von dem ersten Wellenleiter (916) emittiert wird; eine Halbwellenplatte (906), die benachbart zu dem nichtlinearen Kristall (902) positioniert ist und konfiguriert ist, um elektromagnetische Strahlung zu empfangen, die von dem zweiten Wellenleiter (918) emittiert wird; und einen Strahlverschieber (904) aus einem doppelbrechenden Kristall, der benachbart zu dem dielektrischen Abstandhalter (908) und der Halbwellenplatte (906) positioniert ist und konfiguriert ist, um die elektromagnetische Strahlung, die von dem dielektrischen Abstandhalter (908) und der Halbwellenplatte (906) ausgegeben wird, zu einem einzigen Strahl elektromagnetischer Strahlung zu kombinieren.
Die Quelle gemäß Anspruch 1, die ferner eine Linse (910) aufweist, die positioniert und konfiguriert ist, um den einzigen Strahl elektromagnetischer Strahlung, der von dem doppelbrechenden Kristall (902) ausgegeben wird, zu kollimieren.
Die Quelle gemäß Anspruch 1, bei der der Strahlverschieber (1002) ferner eine äußere Linsenoberfläche (1004) aufweist, die konfiguriert ist, um den einzigen Strahl elektromagnetischer Strahlung zu kollimieren.
Die Quelle gemäß Anspruch 1, bei der der nichtlineare Kristall (902) ein Typ-I-Kristall (702, 710) ist, bei dem der vom nichtlinearen Kristall (902) emittierte Signalstrahl eine identische Polarisation zum Leerlaufstrahl aufweist.
Die Quelle gemäß Anspruch 1, die ferner folgende Merkmale aufweist: einen dichroitischen Spiegel (912), der konfiguriert ist, um den einzigen Strahl elektromagnetischer Strahlung in einen elektromagnetischen Leerlaufstrahl und einen elektromagnetischen Signalstrahl zu trennen; und eine Halbwellenplatte (1202), die im Weg des elektromagnetischen Leerlaufstrahls oder im Weg des elektromagnetischen Signalstrahls positioniert ist.
Eine Quelle (1100) polarisationsverschränkter Photonen, die folgende Merkmale aufweist: einen optisch nichtlinearen Kristall (1102), der eine parametrische Frequenzkonversion von einfallender elektromagnetischer Strahlung in optisch niederfrequentere ausfallende elektromagnetische Strahlung bewirkt, und der einen ersten Wellenleiter (916) und einen zweiten Wellenleiter (918) aufweist, die in einem vorderen Bereich einen Strahlteiler (920) ausbilden, und wobei der nichtlineare Kristall (1102) in einem hinteren Bereich der Wellenleiter eine periodisch gepolte Region (1116) aufweist; eine Pumpstrahlquelle (924), die elektromagnetische Strahlung emittiert, die im vorderen Bereich in den ersten Wellenleiter (916) eingekoppelt wird; einen ersten Strahlverschieber (1104), der benachbart zu dem nichtlinearen Kristall (1102) positioniert ist und konfiguriert ist, um elektromagnetische Strahlung, die von dem ersten Wellenleiter (916) ausgegeben wird, in einen ersten Strahl elektromagnetischer Strahlung in einem ersten Polarisationszustand und einen zweiten Strahl elektromagnetischer Strahlung in einem zweiten Polarisationszustand zu trennen und elektromagnetische Strahlung, die von dem zweiten Wellenleiter (918) ausgegeben wird, in einen dritten Strahl elektromagnetischer Strahlung in dem ersten Polarisationszustand und einen vierten Strahl elektromagnetischer Strahlung in dem zweiten Polarisationszustand zu trennen; eine erste Halbwellenplatte (1108), die benachbart zu dem ersten Strahlverschieber (1104) positioniert ist und konfiguriert ist, um den ersten Strahl elektromagnetischer Strahlung von dem ersten Polarisationszustand in den zweiten Polarisationszustand zu überführen; eine zweite Halbwellenplatte (1110), die benachbart zu dem ersten Strahlverschieber positioniert ist und konfiguriert ist, um den ausgegebenen vierten Strahl elektromagnetischer Strahlung von dem zweiten Polarisationszustand in den ersten Polarisationszustand zu überführen; und einen zweiten Strahlverschieber (1114), der benachbart zu der ersten und der zweiten Halbwellenplatte (1108, 1110) positioniert ist und konfiguriert ist, um den ersten und den dritten Strahl elektromagnetischer Strahlung zu einem elektromagnetischen Leerlaufstrahl zu kombinieren und den zweiten und den vierten Strahl elektromagnetischer Strahlung zu einem elektromagnetischen Signalstrahl zu kombinieren.
Die Quelle gemäß Anspruch 6, die ferner zumindest einen dielektrischen Abstandhalter (1112, 1114) aufweist, der zwischen dem ersten Strahlverschieber (1104) und dem zweiten Strahlverschieber (1106) positioniert ist.
Die Quelle gemäß Anspruch 6, bei der der nichtlineare Kristall (1102) ein Typ-II-Kristall (718) ist, bei dem der vom nichtlinearen Kristall (1102) emittierte Signalstrahl eine orthogonale Polarisation zum Leerlaufstrahl aufweist.
Die Quelle gemäß Anspruch 6, die ferner eine Halbwellenplatte (1402) aufweist, die im Weg entweder des ersten Ausgangsstrahls oder im Weg des zweiten Ausgangsstrahls positioniert ist.