Verbundprojekt: "i-EPS" - Integrale, hochperformante Verschränkungsquellen bei 800 nm; Thema des Teilprojekts: Design, Aufbau und Charakterisierung der kompakten Pumpquelle für die i-EPS

Abstract

Das Gesamtvorhaben i-EPS hatte die Erzeugung polarisationsverschränkter Photonen bei ca. 800 nm für den Einsatz in der Quantentechnologie zum Ziel. Dazu wurde von der TOPTICA ein Demonstratoraufbau basierend auf Spontaneous Parametric Down Conversion (SPDC) in einem ppKTP-Kristall realisiert und in der Anwendung getestet. In das hybride Design dieser Quelle sollte insbesondere eine kompakte, frequenzverdoppelte, schmalbandige und NICHT auf GaN basierende Pumpquelle integriert werden, um so eine Möglichkeit zur Unabhängigkeit von proprietärer, nicht-europäischer Lasertechnologie aufzuzeigen.

In diesem Teilvorhaben wurden die Bausteine und Technologien der frequenzverdoppelten, schmalbandigen und kompakten Pumpquelle erforscht und deren Integrierbarkeit in das kompakte, hoch-performante quantenoptische SPDC-Design der Quelle realisiert. Dazu wurde zunächst in Abstimmung mit den Projektpartnern die Anforderungen an die kompakte Pumpe erarbeitet und Konzepte für eine Frequenzverdoppelungseinheit identifiziert. Im weiteren Verlauf wurde ein hybrides Konzept mit einer Resonator-basierten Frequenzverdoppelung entwickelt und das Funktionsprinzip mit einem Breadboard-Demonstrator experimentell bestätigt. Durch die Verwendung von integrierten Komponenten wurde eine hohe Frequenzstabilität des Demonstrators der kompakten Pumpe ermöglicht. In Kombination mit dem Einsatz neuartiger Aufbautechniken für den Resonator und einem optimierten Resonator- und Mechanikdesign konnten eine robuste fasergekoppelte Ausgangsleistung bis zu 250 mW bei einer Wellenlänge von 405 nm erreicht werden. Dieser Demonstrator wurde im Anschluss erfolgreich beim einem Projektpartner zur Erzeugung von verschränkten Photonen genutzt. Mit diesem Schritt wurde ein wichtiger Schritt in Richtung der Miniaturisierung und damit der Anwendung des Systems außerhalb von Laboren gemacht. Bei der TOPTICA konnte mit diesen Arbeiten wesentliche Techniken für die Überführung von wissenschaftlichen Laborlichtquellen mit vielen Freiheitsgraden hin zu kompakten, dediziert einsetzbaren Basiskomponenten für die beginnende Industrialisierung der Quantentechnologie erstmalig umgesetzt werden.