Photon-pair generation at GHz rates

Abstract

Die Erzeugung von Photonenpaaren durch spontane parametrische Fluoreszenz ist ein vielversprechender Weg zur Erzeugung von Einzelphotonen-Zuständen mit vielen interessanten Anwendungen für Quanteninformations-Technologien wie Quantenkryptographie oder Quantencomputing und Quantensimulation. Eine Anforderung an Einzelphotonen, um ihre Vorteile in diesen aufstrebenden Technologien nutzen zu können, ist ihre Ununterscheidbarkeit. Diese signifikante Eigenschaft kann quantifiziert werden indem ein bekanntes Experiment durchgeführt wird, welches den sogenannten Hong-Ou-Mandel Effekt demonstriert. Eine weitere markante Eigenschaft, die Einzelphotonen-Quellen aufweisen können, ist Verschränkung, ein mächtiges Werkzeug für Quantenkryptographie und Quantenteleportation. Das Ziel dieser Arbeit ist die Charakterisierung einer gepulsten Einzelphotonen-Quelle bei Telekommunikationswellenlängen, indem der Hong-Ou-Mandel Effekt ausgenützt wird. Die Einzelphotonen-Quelle wird entwickelt, um polarisationsverschränkte Photonen zu produzieren, indem ein Sagnac-Interferometer verwendet wird. Die Quelle wird mit Pulsen bei einer Repetitionsrate im GHz-Bereich betrieben, was sie besonders interessant für weitere Anwendungen in der Quanteninformations- und Kommunikations-Technologien macht.

The generation of photon pairs by spontaneous parametric downconversion (SPDC) provides a promising way to create single photon states with many interesting applications for quantum information technologies such as quantum cryptography or quantum computation and simulation. One requirement of single photons to exploit their benefits in these emerging technologies is their indistinguishability. This significant property can be quantified by performing a prominent experiment which demonstrates the so-called Hong-Ou-Mandel (HOM) effect. Another striking feature that single photon sources can exhibit is entanglement, a powerful tool for quantum cryptography and quantum telepor- tation. The aim of this thesis is to characterize a pulsed single photon source at telecom wavelengths by making use of the HOM effect. The single photon source is designed to produce polarization-entangled photons by employing a Sagnac interferometer. The source is operated with pulses of a repetition rate in the GHz regime what makes it particularly interesting for further applications in quantum information and communication technologies.