Hochvakuumbeschichtungsanlage
Überblick
Das Forschungsgebiet des Lehrstuhls Angewandte Optik / Integrierte Quantenoptik liegt in der Erforschung von Quanten-Lichtzuständen, sowie deren Anwendungen in optisch basierten Quanten-Technologien, insbesondere für Quantenkommunikation und Quanten-Informationsverarbeitung. Schlüsselbauelemente sind integriert nichtlinear optische Wellenleiterstrukturen in LiNbO3 und KTP, die Endflächenbeschichtungen mit maßgeschneiderten Filtercharakteristiken erfordern für die verlustarme Extraktion der erwünschten Frequenzkonversionsprodukte bzw. für die Brillanzerhöhung parametrischer Fluoreszenz durch Resonanzüberhöhung. Die bisher eingesetzte, 23 Jahre alte Hochvakuumbeschichtungsanlage ist inzwischen sehr reparaturanfällig und den Anforderungen für solche komplexe dielektrische Beschichtungen nicht mehr gewachsen. Sie soll deshalb stillgelegt und durch eine neue Anlage für Ionen-unterstütztes reaktives Aufdampfen ersetzt werden. Simultanbetrieb beider Elektronenstrahlverdampfer soll die Herstellung von „Rugate“-Filtern mit Gradientenindexverlauf ermöglichen. Tiegelantrieb und programmierbare Strahlwobbelung sollen den Materialabtrag homogenisieren und so eine langzeitstabile Abdampfcharakteristik ermöglichen. Eine Reaktivgas-taugliche filamentlose HF-Ionenquelle mit geregelter Neutralisation soll durch langzeitstabilen Überlapp zwischen Dampfstrahl und Ionenstrahl die Reproduzierbarkeit bei den dispersiven Eigenschaften der Schichtmaterialien sowohl am Probenort als auch am Testglasort (indirektes optisches Monitoring) entscheidend verbessern.
DFG-Verfahren Forschungsgroßgeräte
Großgeräte Hochvakuumbeschichtungsanlage
Gerätegruppe 0920 Atom- und Molekularstrahl-Apparaturen
Antragstellende Institution Universität Paderborn
Leiterin Professorin Dr. Christine Silberhorn
Detailinformationen
Ergebnisse
Für die Herstellung dielektrischer Beschichtungen wurde eine Hochvakuumbeschichtungsanlage beschafft. Mit Hilfe dieser Anlagen können alternierende Schichtfolgen von hoch- und niedrigbrechenden Schichten auf verschiedenste Substrate, wie z.B. Glassubstrate für Filter und Spiegel oder direkt auf Probenendfacetten, aufgebracht werden. Zur Effizienzsteigerung werden auf Probenendfacetten Anti-Reflexionsbeschichtungen aufgebracht. Diese reduzieren Reflexionsverluste beim Übergang vom hochbrechenden Probenmaterial gegen Luft auf nahezu Null. Eine Erweiterung bei Frequenzkonvertern ist die Kombination von einer Anti-Reflexionsbeschichtung für die generierte Frequenz und eine hoch-reflektierende Beschichtung für die Pumpwellenlänge. Dies ermöglicht eine Pumpunterdrückung direkt an der Endfacette und bietet für integriert optische Bauelemente eine entscheidenden Vorteil im Hinblick auf Integrierbarkeit und Miniaturisierung. In Bezug auf Integrierbarkeit wurden Beschichtungen hergestellt, die einen Brechzahlsprung von Probe zu Glas berücksichtigen. Dies ermöglichte die nahezu reflexionsfreie Kopplung an Glasfasern. Zur Erzeugung von gequetschtem Licht wurde auf beide Endfacetten einer Probe eine reflektierende Beschichtung mit wohldefiniertem Reflexionsvermögen als auch mit angepasstem Phasensprung aufgebracht, die einen Resonator bilden. Zur Bestimmung der Linienbreite eines Lasers wurde ein Resonator bei einer Wellenlänge von 2,38 µm Wellenlänge aufgebaut. Die Resonatorspiegel wurden dabei selbst hergestellt, da für diesen Wellenlängenbereich keine kommerziellen Spiegel zur Verfügung stehen. Insbesondere bei Ultra-Kurzpulslasern kommt es an Spiegeln und anderen optischen Bauelementen zu einer Pulsverbreiterung (group delay dispersion GDD). Dieser Effekt konnte mit entsprechenden Beschichtungen minimiert (GDD=0) bzw. kompensiert (GDD <0) werden. Diese steht für maßgeschneiderte Endfacettenbeschichtungen nun zur Verfügung. Die Anlage komplementiert damit maßgeblich die Infrastruktur am Lehrstuhl und bildet den Abschluss der Bauelementfabrikation. Die neue Beschichtungsanlage führt zu einer wesentlichen Verbesserung der erreichbaren Qualität von integrierten Quantenbauelementen. Diese sind als Basis der Fabrikation für eine Vielzahl von Projekten relevant. Highly efficient frequency conversion with bandwidth compression of quantum light, Nat. Commun. 8, 14288 Markus Allgaier, Vahid Ansari, Linda Sansoni, Christof Eigner, Viktor Quiring, Raimund Ricken, Georg Harder, Benjamin Brecht & Christine Silberhorn (Siehe online unter https://doi.org/10.1038/ncomms14288) Temporal correlations of spectrally narrowband photon pair sources, Quantum Sci. Technol. 2, 024002 Kai-Hong Luo, Harald Herrmann and Christine Silberhorn (Siehe online unter https://doi.org/10.1088/2058-9565/aa6b8e) Quantum Frequency Conversion between Infrared and Ultraviolet, Physical Review Applied 7, 024021 (2017) Helge Rütz, Kai-Hong Luo, Hubertus Suche, and Christine Silberhorn (Siehe online unter https://doi.org/10.1103/PhysRevApplied.7.024021) Direct generation of genuine single-longitudinal-mode narrowband photon pairs, New J. Phys. 17, 073039 (2015) Kai-Hong Luo, Harald Herrmann, Stephan Krapick, Benjamin Brecht, Raimund Ricken, Viktor Quiring, Hubertus Suche, Wolfgang Sohler, Christine Silberhorn (Siehe online unter https://doi.org/10.1088/1367-2630/17/7/073039) Dual-path source engineering in integrated quantum optics, Physical Review A 92, 053841 (2015) Regina Kruse, Linda Sansoni, Sebastian Brauner, Raimund Ricken, Craig S. Hamilton, Igor Jex, Christine Silberhorn (Siehe online unter https://doi.org/10.1103/PhysRevA.92.053841) On-chip generation of photon-triplet states, Opt. Exp. 24 , 2836 (2016) Stephan Krapick, Benjamin Brecht, Harald Herrmann, Viktor Quiring, and Christine Silberhorn (Siehe online unter https://doi.org/10.1364/OE.24.002836) Towards a quantum interface between telecommunication and UV wavelengths: design and classical performance, Applied Physics B 122(1), 1-8 (2016) Helge Rütz, Kai-Hong Luo, Hubertus Suche, Christine Silberhorn (Siehe online unter https://doi.org/10.1007/s00340-016-6325-z) A two-channel, spectrally degenerate polarization entangled source on chip. npj Quantum Information 3 Article number: 5(2017) Linda Sansoni , Kai Hong Luo, Christof Eigner, Raimund Ricken, Viktor Quiring, Harald Herrmann & Christine Silberhorn (Siehe online unter https://doi.org/10.1038/s41534-016-0005-z) Fast time-domain measurements on telecom single photons, Quantum Sci. Technol. 2, 034012 (2017) Markus Allgaier, Gesche Vigh, Vahid Ansari, Christof Eigner, Viktor Quiring, Raimund Ricken, Benjamin Brecht & Christine Silberhorn (Siehe online unter https://doi.org/10.1088/2058-9565/aa7abb) Limits on the heralding efficiencies and spectral purities of spectrally filtered single photons from photon-pair sources, Physical Review A 95, 061803(R) (2017) Evan Meyer-Scott, Nicola Montaut, Johannes Tiedau, Linda Sansoni, Harald Herrmann, Tim J. Bartley, and Christine Silberhorn (Siehe online unter https://doi.org/10.1103/PhysRevA.95.061803)Projektbezogene Publikationen (Auswahl)