Eiskalt geschaltet
Wir wollen Licht gezielt manipulieren können, um die Basis für Quantenkommunikation zu legen. Unser Ansatz besteht darin mit aktiven Schaltern die Grundeigenschaften von Licht zu manipulieren; die Phase, die Polarisation oder Ausbreitungsrichtung von Licht. Um diese Eigenschaften in einem kompakten Bauteil zu manipulieren, können wir den Kristall Lithium Niobat nutzen. Bei dem anlegen einer Spannung an diesem Kristall wird der Brechungsindex verändert. Durch eine geschickt gewählt Geometrie des Bauteils können dann die Phase, Polarisation und Ausbreitungsrichtung von Licht im Kristall manipuliert werden.
Diese Modulatoren können bereits bei Raumtemperatur betrieben werden. Allerdings wollen wir mehrere optische Bauteile für die Quantenkommunikation verschalten können. Quantenlicht-Quellen und hoch effizient Einzelphotonendetektoren funktionieren hauptsächlich nur bei tiefkalten Temperaturen. Deshalb müssen wir auch unsere Modulatoren bei tiefkalten Temperaturen in Betrieb nehmen können.
Unsere 3 Modulator Typen
In dem Materialsystem Lithiumniobat können wir Licht führen. Dazu bringen wir Titanstreifen auf die Kristalle auf und erhitzen es. Durch die Erhitzung diffundiert Titan in den Kristall ein und hebt lokal den Brechungsindex an. Als Resultat können wir Licht mit einem Lichtwellenleiter in dem Kristall führen.
Zur Realisation unserer Lichtmodulatoren bringen wir zusätzlich Gold-Elektroden auf die Oberfläche auf, an denen wir Spannungen anlegen können. Durch das Spannungen wird der Brechungsindex im Wellenleiter verändert. Durch die Wahl der Geometrie können wir die Phase, Ausbreitungsrichtung oder Polarisation verändern.
Vermessung bei tiefkalten Temperaturen
Bei unseren Modulatoren sind wir daran Interessiert effizient von einem Zustand in den anderen zu Schalten. Das bedeutet zum Beispiel mit einer möglichst geringen Schaltspannung Licht von einer horizontalen zu einer vertikalen Schwingung zu manipulieren. Um dies bei verschieden Temperaturen zu untersuchen, bauen wir unsere Modulatoren in einen Kryostaten ein. Anschließend koppeln wir Licht in die Wellenleiter der Modulatoren ein und legen Spannungen an die Elektroden an. Die resultierende Änderung des Lichts im Modulator können wir anschließend aufnehmen.
Die Vermessung unserer Modulatoren zeigt, dass wir höhere Spannungen für das Schalten von Licht bei tiefkalten Temperaturen benötigen im Vergleich zur Raumtemperatur. Zusätzlich verschiebt sich die optimale Betriebswellenlänge des Modulators unter der Temperaturänderung.
Zusammenfassend können wir effizient Licht mit diesen Modularen sowohl bei Raumtemperatur als auch bei 1K schalten.
Video zum Thema
Wir haben ebenfalls ein Video produziert, dieses ist allerdings nur auf Englisch verfügbar.
Publikationen zu diesem Thema
F. Thiele, F. vom Bruch, V. Quiring, R. Ricken, H. Herrmann, C. Eigner, C. Silberhorn, T. Bartley, Optics Express (2020).
F. Thiele, F. vom Bruch, J. Brockmeier, M. Protte, T. Hummel, R. Ricken, V. Quiring, S. Lengeling, H. Herrmann, C. Eigner, C. Silberhorn, T. Bartley, Journal of Physics: Photonics 4 (2022).
Alle Publikationen anzeigen
