Emission von Photonen-Tripletts in Parametrischer Fluoreszenz (chi-3)

• Antragstellerinnen / Antragsteller: Professorin Maria Chekhova, Ph.D.; Professor Dr. Nicolas Joly
• Fachliche Zuordnung: Optik, Quantenoptik und Physik der Atome, Moleküle und Plasmen
• Förderung: Förderung seit 2016
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 311185701

Nichtklassische Zustände des Lichts sind unverzichtbar in einer Vielzahl von Quantentechnologien. Heutzutage verfügbar sind on-demand Einzel-Photonen, gequetschte Zustände und verschränkte Photonen-Paare. Im letzten Forschungsantrag zielten wir darauf ab, diese Liste der verfügbaren Quantenzustände zu erweitern, indem wir zum ersten Mal verschränkte Drillingsphotonen durch Parametrische Fluoreszenz dritter Ordnung (engl. third-order spontaneous parametric downconversion, TOSPDC) erzeugen. Dieser Prozess kann als die Inversion der Erzeugung der dritten Harmonischen (engl. third-harmonic generation, THG) betrachtet werden, allerdings ist es wesentlich schwieriger TOSPDC experimentell umzusetzen. Obwohl TOSPDC und deren potentiellen Anwendungen ausgiebig theoretisch untersucht wurden, ist die experimentelle Umsetzung noch immer eine große Herausforderung. TOSPDC würde es erlauben sogenannte „heralded“ Photonen-Paare zu erzeugen, sowie die Möglichkeit bieten nicht-Gaußsche Zustände direkte zu erzeugen. TOSPDC wäre ein weiteres wichtiges Werkzeug für den Bereich der Quanteninformation.Für die Arbeit an diesem Projekt haben wir verschiedene potentielle TOSPDC Quellen theoretisch und experimentell untersucht. Unter anderem nichtlineare Kristalle, Gas-gefüllte photonische Kristallfasern und eine speziell entwickelte Hybrid-Faser. Wir haben THG in all diesen Systemen untersucht, um das vielversprechendste System zu bestimmen. In nichtlinearen Kristallen haben wir angeregte („seeded“) TOSPDC gezeigt. Unsere Ergebnisse zeigen, dass nicht-angeregte TOSPDC in diesen Systemen zu schwach zum Nachweis ist. Allerdings haben wir zwei weitere vielversprechende Systeme identifiziert: hoch-nichtlineare micro-Schichten und verjüngte optische Glasfasern in Hochdruck-Gaszellen. Mit beiden Systemen haben wir erste Zwischenergebnisse erzielt: Erzeugung der dritten Harmonischen mit durchstimmbaren Eigenschaften in verjüngten Glasfasern, sowie die Erzeugung von Photonen-Paaren in micro-Schichten. Wir bewerben uns jetzt für eine Verlängerung des Projekts, um TOSPDC in diesen Systemen zeigen zu können. Für die verjüngten Glasfasern planen wir bereits einen weiteren Schritt zur Verbesserung der Effizienz, die Verwendung von Alkali-Metallen in Gas-Form. Dies erlaubt eine verbesserte, resonante Kontrolle über die Dispersion und erlaubt es die Phasenanpassung für die fundamentale Fasermode zu erfüllen. Dies wird auch zu einer wesentlichen Verbesserung der Effizienz des THG Prozess in diesem System führen. Wir planen weiterhin TOSPDC durch stimulierte-Emissions-Tomographie zu untersuchen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Internationaler Bezug: Australien
• Kooperationspartner: Professor Dr. Yuri S. Kivshar