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http://cicese.repositorioinstitucional.mx/jspui/handle/1007/2825| On-chip quantum interference of surface plasmons with integrated single photon sources Interferencia cuántica de plasmones en dispositivos integrados basados en guías de onda de nitruro de silicio | |
| JOSUE SAMUEL VALENCIA REYES | |
| KARINA GARAY PALMETT RAFAEL SALAS MONTIEL | |
| Acceso Abierto | |
| Atribución | |
| Integrated device, four-wave mixing, surface plasmon polariton, Hong-Ou-Mandel interferometer Dispositivo integrado, mezclado de cuatro ondas, plasmones polaritones de superficie, interferómetro de Hong Ou Mandel | |
| Quantum plasmonics is the study of the quantum properties of surface plasmons. It is a relatively new research field that promises to support the development of technologies related to quantum information processing. The implementation of Hong Ou Mandel interference (HOM) is used to quantify the degree of indistinguishability of single photons. This interference occurs when two single photons (with identical physical properties) arrive, simultaneously, to each input port of a beam splitter (BS). In order to measure the HOM effect, coincidence counts are registered at the output ports of the BS, as a function of the time delay introduced in one of the interferometer arm. Typically, the generated photons are produced from non-linear parametric processes, such as parametric downconversion and four wave mixing. It has been previously shown that surface plasmon polaritons, excited with single photons, inherit, as it were, the quantum mechanical properties of photons, thus being able to experience HOM interference. However, in those experiments the source of photon pairs was not integrated into the photonic/plasmonic device, which motivated the realization of this work. The objective of this thesis was to carry out a theoretical and numerical study that led to the design and implementation of an integrated hybrid device, that is, photonic and plasmonic components integrated in a circuit, for the demonstration of quantum interference of single surface plasmon polaritons. The numerical packages used for the development of this work were Lumerical © Mode Solution and Metric, for modal and propagation analysis of the electromagnetic field, respectively. The proposed device was separated into two stages: i) source of photon pairs to interfere, designed to be implemented by the process of four wave mixing in a silicon nitride waveguide and in a degenerate emission configuration, ii) Hong Ou Mandel type interferometer, which consisted of a plasmonic directional coupler in a double-dielectric-on-metal configuration (thin gold film 90nm thick). Finally, the first version of the fabricated device is shown through images acquired with optical and electronic microscopes. La plasmónica cuántica es el estudio de las propiedades cuánticas de los plasmones de superficie. Es un campo de investigación relativamente nuevo que promete brindar un apoyo al desarrollo de tecnologías relacionadas con el procesamiento cuántico de información. La implementación de un interferómetro Hong Ou Mandel (HOM) sirve para cuantificar el grado de indistinguibilidad de fotones individuales, este interferómetro consiste en hacer incidir un fotón individual por cada puerto de entrada de un divisor de haz (BS, en inglés) y registrar las cuentas en coincidencias desde los puertos de salida del BS, en función del retraso temporal que se introduce en uno de los brazos del interferómetro. Típicamente los fotones generados se producen desde procesos no lineales paramétricos, tales como conversión paramétrica descendente y mezclado de cuatros ondas. Ha sido previamente demostrado que plasmones polaritones de superficie, excitados con fotones individuales, heredan, por así decirlo, las propiedades mecánico cuánticas de los fotones, pudiendo así experimentar interferencia HOM cuando se hacen incidir en un BS. Sin embargo, en estos experimentos la fuente de parejas de fotones no estaba integrada al dispositivo fotónico/plasmónico, aspecto que motivó la realización de este trabajo. La presente tesis tuvo como objetivo realizar un estudio teórico y numérico que conllevó al diseño y fabricación de un dispositivo híbrido integrado, es decir, elementos fotónicos y plasmónicos en un solo circuito integrado, para la demostración de interferencia cuántica de HOM de plasmones polaritones de superficie. Las paqueterías numéricas utilizadas para el desarrollo de este trabajo fueron Lumerical ©Mode Solution y Metric, para el análisis modal y de propagación del campo electromagnético, respectivamente. El dispositivo propuesto fue separado en dos etapas: i) fuente de parejas de fotones a interferir, diseñada para ser implementada por el proceso de mezclado de cuatro ondas espontáneo en una guía de onda de nitruro de silicio y en una configuración de emisión degenerada, ii) interferómetro tipo Hong Ou Mandel, el cual consistió de un acoplador direccional plasmónico en una configuración de doble dieléctrico sobre metal (película delgada de oro de 90nm de espesor). Finalmente, se muestra la primera versión del dispositivo fabricado con imágenes en microscopio óptico y electrónico. | |
| CICESE | |
| 2019 | |
| Tesis de maestría | |
| Inglés | |
| Valencia Reyes, J.S. 2019. On-chip quantum interference of surface plasmons with integrated single photon sources. Thesis Master of Science. Centro de Investigación Científica y de Educación Superior de Ensenada, Baja California. 90 pp. | |
| OPTICA NO LINEAL | |
| Aparece en las colecciones: | Tesis - Óptica |
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| Fichero | Descripción | Tamaño | Formato | |
|---|---|---|---|---|
| thesis_Valencia Reyes_Josue Samuel_28_ago_2019.pdf | Versión completa de la tesis | 203.18 MB | Adobe PDF | Visualizar/Abrir |