Quantenphotonik auf einem Chip mit mehreren durchstimmbaren rauscharmen Quantenpunktquellen

• Antragsteller: Professor Dr. Peter Michler
• Fachliche Zuordnung: Experimentelle Physik der kondensierten Materie ; Optik, Quantenoptik und Physik der Atome, Moleküle und Plasmen
• Förderung: Förderung seit 2019
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 425333704

Das Ziel dieses Vorhabens besteht darin, Quantenphotonik auf dem Chip zu realisieren, indem spannungsabstimmbare, rauscharme GaAs-Quantenpunkte (QDs) verwendet werden, die durch Tröpfchenätzepitaxie (DEE) erhalten und in Diodenstrukturen und neuartige photonische Strukturen eingebettet werden: Das Hauptziel ist, den „heiligen Gral“ der integrierten Quantenphotonik zu erreichen, d. h. die ideale Zwei-Photonen-Interferenz aus entfernten Quellen. Unsere Ziele werden durch die Herstellung von Bauelementen verwirklicht, bei denen mehrere, separate QDs über optimierte mikrobearbeitete piezoelektrische Aktuatoren unabhängig voneinander in der Wellenlänge abgestimmt werden können. Zunächst wird ein sorgfältiges Design der miniaturisierten Aktoren durchgeführt, um die Spannungsübertragung auf die in photonischen Strukturen eingebetteten QDs sicherzustellen. Mit diesen Bauelementen wird es möglich sein, mehrere Emitter auf die gleiche Wellenlänge abzustimmen. Die Verwendung von Dioden (p-i-n und n-i-n) ermöglicht eine drastische Reduzierung des spektralen Rauschens in der QD-Emission und ermöglicht so eine nahezu perfekte Interferenzsichtbarkeit mit entfernten Quellen. Ein entscheidender Punkt für den Erfolg des Projekts wird die Sicherstellung einer hohen Kopplung des QD-Lichts an den Singlemode-Wellenleiter sein. Zu diesem Zweck werden wir Wellenleiter verwenden, die vollständig von Oxid umgeben sind, kombiniert mit neuartigen „Bowtie“-Photonenresonatoren, die auf einem modifizierten „Sanduhr“-Design basieren. Die nahezu perfekte Kopplungseffizienz wird der Schlüssel sein, um eine hohe Quellenhelligkeit zu erreichen, und die Untersuchung kollektiver Effekte wie der Superstrahlung zu ermöglichen. Ziel ist die durch Photonen vermittelte Kopplung zwischen mehreren Emittern zu untersuchen. Schließlich werden neuartige (In)GaAs-DEE-QDs als Möglichkeit untersucht, die Betriebswellenlänge unserer Plattform auf Werte zu erweitern, die geringere Verluste und eine größere Toleranz gegenüber Herstellungsfehlern ermöglichen. Alle QD-Ensembles werden so hergestellt, dass ihre durchschnittliche Wellenlänge mit der einiger atomaren Übergänge (Rb D1 und Cs D1 und D2) übereinstimmt, was in Zukunft die Möglichkeit bieten wird, die Emission mit atomaren Ensembles zu koppeln und präzise Betriebswellenlängen festzulegen durch atomare Standards für Frequenzstabilisierung und Inter-Chip-Verbindungen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Internationaler Bezug: Österreich
• Partnerorganisation: Fonds zur Förderung der wissenschaftlichen Forschung (FWF)
• Kooperationspartnerinnen / Kooperationspartner: Professor Dr. Armando Rastelli; Dr. Sandra Stroj