УДК: 535.14

Узкополосные источники однофотонных импульсов на основе спонтанного параметрического рассеяния в примесных нелинейных кристаллах

Акатьев Д.О., Калачев А.А., Латыпов И.З., Самарцев В.В., Шкаликов А.В.

Полный текст на elibrary.ru

Публикация в Journal of Optical Technology

Ссылка для цитирования:

Акатьев Д.О., Калачев А.А., Латыпов И.З., Самарцев В.В., Шкаликов А.В. Узкополосные источники однофотонных импульсов на основе спонтанного параметрического рассеяния в примесных нелинейных кристаллах // Оптический журнал. 2014. Т. 81. № 8. С. 5–9.

Akatiev D.O., Kalachev A.A., Latypov I.Z., Samartsev V.V., Shkalikov A.V. Broad-band sources of single-photon pulses, based on spontaneous parametric scattering in nonlinear impurity crystals [in Russian] // Opticheskii Zhurnal. 2014. V. 81. № 8. P. 5–9.

Ссылка на англоязычную версию:

D. O. Akat’ev, A. A. Kalachev, V. V. Samartsev, I. Z. Latypov, and A. V. Shkalikov, "Broad-band sources of single-photon pulses, based on spontaneous parametric scattering in nonlinear impurity crystals," Journal of Optical Technology. 81(8), 423-426 (2014). https://doi.org/10.1364/JOT.81.000423

Аннотация:

Обсуждаются возможности использования спонтанного параметрического рассеяния (СПР) в примесных кристаллах с периодической доменной структурой для эффективной генерации узкополосных однофотонных импульсов. На примере кристалла PPKTP, легированного ионами трёхвалентного эрбия, показано что в случае нелинейного кристалла с периодической доменной структурой, допускающей генерацию фотонов в противоположные стороны, ширина спектра СПР может быть меньше свободной спектральной зоны однорезонаторного параметрического генератора на основе этого кристалла. Такой режим СПР может оказаться полезным при создании узкополосных источников однофотонных состояний, которые можно записывать и воспроизводить в устройствах оптической квантовой памяти, а также для совмещения процессов СПР и квантовой памяти в одной среде – примесном нелинейном кристалле.

Ключевые слова:

спонтанное параметрическое рассеяние, однофотонный источник

Благодарность:

Работа выполнена при частичной поддержке РФФИ (гранты № 12-02-00651 и 13-02-01090).

Коды OCIS: 190.4410, 270.5585

Список источников:

1. Eisaman M.D., Fan J.,Migdall A., Polyakov S.V. Invited Review Article: Single-photon sources and detectors // Rev. Sci. Instrum. 2011. V. 82. P. 071101-1–071101-25.
2. Hammerer K., Sørensen A. S., Polzik E. S. Quantum interface between light and atomic ensembles // Rev. Mod. Phys. 2010. V. 82. P. 1041–1093.
3. Tittel W., Afzelius M., Chaneliére T., Cone R.L., Kröll S., Moiseev S.A., Sellars M. Photon-echo quantum memory in solid state systems // Laser & Photonics Reviews. 2010. V. 4. P. 244–267.
4. Simon C., Afzelius M., Appel J., Boyer de la Giroday A., Dewhurst S.J., Gisin N., Hu C.Y., Jelezko F., Kröll S., Müller J.H., Nunn J., Polzik E.S., Rarity J.G., De Riedmatten H., Rosenfeld W., Shields A.J., Sköld N., Stevenson R.M., Thew R., Walmsley I.A., Weber M.C., Weinfurter H., Wrachtrup J., Young R.J. Quantum memories // Eur. Phys. J. D. 2010. V. 58. P. 1–22.
5. Клышко Д.Н. Об использовании вакуумных флуктуаций в качестве репера яркости света // Квантовая электроника. 1997. Т.4. С. 1056.
6. Hong C.K., Mandel L. Experimental realization of a localized one-photon state // Phys. Rev. Lett. 1986. V. 56. P. 58–60.
7. U’Ren A. B., Silberhorn C., Banaszek K., Walmsley I. A., Erdmann R., Grice W.P., Raymer M. G. Generation of pure-state single-photon wavepackets by conditional preparation based on spontaneous parametric downconversion // Laser Physics. 2005. V. 15 P. 146–161.
8. Ou Z. Y., Lu Y. J. Cavity enhanced spontaneous parametric down-conversion for the prolongation of correlation time between conjugate photons // Phys. Rev. Lett. 1999. V. 83. P. 2556–2259.
9. Scholz M., Wolfgramm F., Herzog U., Benson O. Narrow-band single photons from a single-resonant optical parametric oscillator far below threshold // Appl. Phys. Lett. 2007. V. 91. P. 191104-1–191104-3.
10. Nielsen B. M., Neergaard-Nielsen J. S., Polzik E. S. Time gating of heralded single photons for atomic memories // Opt. Lett. 2009. V. 34. P. 3872–3874.
11. Wolfgramm F., de Icaza Astiz Y.A., Beduini F.A., Cerè A., Mitchell M.W. Atom-resonant heralded single photons by interaction-free measurement // Phys. Rev. Lett. 2011. V. 106. Р. 053602-1–053602-4.
12. Zhang H., Jin X.-M., Yang J., Dai H.-N., Yang S.-J., Zhao T.-M., Rui J., He Y., Jiang X., Yang F., Pan G.-S., Yuan Z.-S., Deng Y., Chen Z.-B., Bao X.-H., Chen S., Zhao B., Pan J.-W. Quantum interface between frequencyuncorrelated down-converted entanglement and atomic-ensemble quantum memory // Nat. Photonics. 2010. V. 5. P. 628–632.
13. Chuu C.-S., Yin G.Y., Harris S.E. A miniature ultrabright source of temporally long, narrowband biphotons // Appl. Phys. Lett. 2012. V. 101. P. 051108-1–051108-4.
14. Kalachev A. Pulse shaping during cavity-enhanced spontaneous parametric down-conversion // Phys. Rev. 2010. V. 81. P. 043809-1–043809-4.
15. Köprülü K.G., Huang Y.-P., Barbosa G. A., Kumar P. Lossless single-photon shaping via heralding // Opt. Lett. 2011. V. 36. P. 1674–1676.
16. Kalachev A., Kröll S. Coherent control of collective spontaneous emission in an extended atomic ensemble and quantum storage // Phys. Rev. A. 2006. V. 74. P. 023814-1–023814-10.
17. Gorshkov A.V., André A., Lukin M.D., Sørensen A.S. Photon storage in Λ-type optically dense atomic media // Phys. Rev. A. 2007. V. 76. P. 033804-1–033804-15.
18. Stobińska M., Alber G., Leuchs G. Perfect excitation of a matter qubit by a single photon in free space // Europhys. Lett. 2009. V. 86. P. 14007-p1–14007-p5.
19. Christ A., Eckstein A., Mosley P. J., Silberhorn C. Pure single photon generation by type-I PDC with backwardwave amplification // Optics Express. 2009. V. 17. P. 3441–3446.
20. Chuu C.-S., Harris S.E. Ultrabright backward-wave biphoton source // Phys. Rev. A. 2011. V. 83. P. 061803(R)-1–061803(R)-4.
21. Kato K., Takaoka E. Sellmeier and thermo-optic dispersion formulas for KTP // Appl. Opt. 2002. V. 41. P. 5040–5040.
22. Emanueli S., Arie A. Temperature-dependent dispersion equations for KTiOPO4 // Appl. Opt. 2003. V. 42. P. 6661–6665.
23. Crenshaw M.E., Bowden C.M., Scully M.O. Index enhancement and absorption compensation via quantum coherence control in multicomponent media // Journal of Modern Optics. 2003. V. 50. P. 2551–2563.
24. Thiel C.W., Böttger T., Cone R.L. Rare-earth-doped materials for applications in quantum information storage and signal processing // Journal of Luminescence. 2011. V. 131. P. 353–361.
25. Thiel C.W., Sun Y., Macfarlane R. M., Böttger T., Cone R.L. Rare-earth-doped LiNbO3 and KTiOPO4 (KTP) for waveguide quantum memories // J. Phys. B: At. Mol. Opt. Phys. 2012. V. 45. P. 124013-1–124013-14.