Verbundprojekt: Hochintegrierter Quantenfrequenzkonverter höchster Fidelität auf Basis innovativer Laser-, Faser- und Produktionstechnologie (HiFi); Teilvorhaben: Design und Umsetzung kompakter Quantenfrequenzkonverter höchster Fidelität & Frequenzstabile 2.X μm Halbleiter-Scheibenlaser hoher Leistung

Abstract

Das Verbundprojekt HiFi (Hochintegrierter Quantenfrequenzkonverter höchster Fidelität auf Basis innovativer Laser-, Faser- und Produktionstechnologie) verfolgt die systematische Weiterentwicklung von Quantenfrequenzkonvertern (QFC) und der hierfür benötigten Basistechnologien. Als konkretes Anwendungsszenario dienen glasfaserbasierte Quantennetzwerke mit Kommunikationswellenlängen im Telekommunikations-C-Band um 1,55 µm. Da die Emissionswellenlängen gängiger Qubit-Plattformen im sichtbaren und nahinfraroten Spektralbereich liegen, ist eine Wellenlängenkonversion in das Telekommunikationsband erforderlich. Zentrale Anforderungen an QFC sind dabei eine hohe Konversionseffizienz sowie ein geringes Rauschen. Besonders anspruchsvoll ist dies für Plattformen, deren Emissionswellenlänge kürzer als die Hälfte der Zielwellenlänge ist, da der Konversionsprozess in diesem Fall hohes Rauschen Rauschen im Zielband erzeugen kann. Einer breiten technischen Verfügbarkeit von QFC steht darüber hinaus bislang der geringe technologische Reifegrad ihrer Umsetzung entgegen, der sich heute überwiegend auf dem Niveau wissenschaftlicher Laboraufbauten bewegt. Im Teilvorhaben des Fraunhofer ILT – Design und Umsetzung kompakter Quantenfrequenzkonverter höchster Fidelität & Frequenzstabile 2.X µm Halbleiter-Scheibenlaser hoher Leistung – wurden die konzeptionellen, optischen, mechanischen und fertigungstechnischen Grundlagen für einen solchen Konverter erarbeitet. Die Arbeiten umfassten die Systemauslegung und Optimierung eines neuartigen zweistufigen Frequenzkonversionskonzepts auf Basis periodisch gepolter Lithiumniobat-Wellenleiter, die Entwicklung eines kompakten und thermisch stabilen optomechanischen Designs sowie die Erarbeitung reproduzierbarer Montage- und Justagestrategien für die automatisierte Fertigung. Ziel war die Überführung des Konzepts von einem Laboraufbau in einen vollintegrierten Technologiedemonstrator, der hohe Konversionseffizienz und geringe Rauschrate in einer robusten, anwendungsorientierten Bauform vereint.