Kuantum Anahtar Dağıtımı için Nanofotonik Işık Kaynakları

Abstract

Bu projenin amacı silisyum-nitrür malzemesi ile değişik geometrilerde kavite tasarımı ve fabrikasyonu yaparak kendiliğinden dört-dalga karışımı (Spontaneous Four-Wave Mixing, SFWM) işlemi ile 780 nm bandında verimli ve dar-bant foton çifti üretimi yapabilecek nanofotonik aygıtların geliştirilmesidir. Foton-çifti üretimi için kullanılan silisyum-nitrür, silisyuma göre daha düşük bir doğrusalsızlığa sahip olmasına rağmen hem telekom bandında ihmal edilecek seviyelerde optik kayıplar göstermesi hem de çok geniş bir optik saydamlık bandına sahip olmasından dolayı tümleşik kuantum optik uygulamalar için çok uygun bir malzemedir. Projede ilk olarak dört-dalga karışımı yöntemi kullanarak foton-çifti üretimi işleminin teorik altyapısı çalışılmış ve özellikle 780 nm bandında verimli foton-çifti üretimine elverişli dalga-kılavuzu ile halka rezonatör aygıtların tasarımı için simulasyon çalışmaları yapılmıştır. Tesbit edilen en uygun dalga kılavuzu geometrisi (fabrikasyona da uygun şekilde) yaklaşık olarak 460 nm yüksekliğe ve 460 nm genişliğe sahiptir. Foton-çifti üretimi verimini artırmak için tasarlanan halka rezonatör yapısı ise yaklaşık 20 mikrometre yarıçapında olup dalga kılavuzu ile aralarındaki optimum uzaklık ise 140 nm olarak belirlenmiştir. Simulasyonlar sonucunda belirlenen parametreler çerçevesinde tasarlanan aygıtların fabrikasyonu yapılarak hedeflenen aygıtlar elde edilmiştir. Fabrikasyonu yapılan bu aygıtların optik karakterizasyonları laboratuvarımızda kurulan optik iletim düzeneği ile yapılmış ve 780 nm bandında sahip oldukları kavite modları gözlemlenmiştir. Ayrıca proje kapsamında Hanbury-Brown Twiss interferometresi kurulmuş ve farklı bir tek-foton kaynağı kullanılarak testleri yapılmıştır. Bu sistemler silisyum-nitrür halka-rezonatörlerden elde edilebilecek foton-çiftleri ile yapılacak foton korelasyon ölçümleri için önemli bir hazırlık olmuştur. Son olarak, geliştirilen aygıtlardan elde edilecek foton-çiftlerinin perofrmans testlerine yönelik bir kuantum anahtar dağıtımı sisteminin kurulum çalışmaları yapılmıştır.