Kwantumfotonica met precisie-instrumenten en optica
Auteur: Bryan Ng – Marketingmanager
Gepubliceerd op:
Laatst bewerkt:
Kwantumfotonica verandert de manier waarop informatie wordt verwerkt, verzonden en gemeten, maar de vooruitgang ervan is volledig afhankelijk van het vermogen om licht op kwantumniveau te vormen en te stabiliseren. Om dit te bereiken zijn uitzonderlijke optische precisie, fasecontrole en spectrale zuiverheid vereist.
Wavelength Opto-Electronic machtigt tDe nieuwe generatie kwantumtechnologieën levert nauwkeurig ontworpen optische fundamenten, waaronder lenzen met hoge precisie en objectiefoptiek voor coherente bundelafgifte, bundelvormings- en filteroplossingen om de fotonkwaliteit te behouden, en geavanceerde modulatiecomponenten die snelle manipulatie van de kwantumtoestand mogelijk maken. Deze worden aangevuld door laserbronnen vanaf HÜBNER Fotonica en Frequentie-referentieoplossingen van Menlo Systems, waarmee de spectrale getrouwheid wordt geboden die nodig is voor atomaire overgangen, verstrengelingsoperaties en veilige kwantumcommunicatieverbindingen.
Ondersteuning van zowel laboratoriumonderzoek als implementatie op technisch niveau. Wavelength Opto-Electronic Het overbrugt de kloof tussen experimentele ontdekkingen en schaalbare platforms. Of het nu gaat om de ontwikkeling van geïntegreerde fotonische schakelingen, koudatoomsystemen, QKD-netwerken of kwantumsensoren, partners profiteren van diepgaande expertise op het gebied van toepassingen, samenwerking bij het ontwerp en optimalisatie op systeemniveau.
Met als missie het versnellen van kwantuminnovatie werken we actief samen met universiteiten, nationale laboratoria, systeemintegratoren, fotonicafabrikanten en opkomende kwantumstartups. Samen maken we betrouwbare controle van individuele fotonen vandaag de dag mogelijk en bouwen we de optische infrastructuur die de grootschalige implementatie van kwantumtechnologie in de toekomst zal ondersteunen.
1. Wat is kwantumfotonica?
Kwantumfotonica is de studie en toepassing van fotonen om kwantumfenomenen te beheersen, zoals:
| Kwantumconcept | Uitleg | Waarom fotonica? |
|---|---|---|
| Superpositie | Fotonen bestaan gelijktijdig in meerdere toestanden. | Maakt kwantumcomputerlogica mogelijk |
| verstrikking | Twee fotonen raken onlosmakelijk met elkaar verbonden. | Veilige communicatie |
| Storing | Fotonen interageren om kwantumpatronen te vormen. | Fotonische signaalverwerking |
| Tunneling | Fotonen passeren barrières. | Kwantumdetectie en -beeldvorming |
In tegenstelling tot elektronen interageren fotonen minimaal met hun omgeving, waardoor ze hun coherentie (de nauwkeurigheid van de kwantumtoestand) langer behouden – essentieel voor kwantumcommunicatie en -computing.
1.1 Waarom fotonica ideaal is voor kwantummechanica
Fotonica is bij uitstek geschikt voor kwantumtechnologieën omdat licht zich met de lichtsnelheid voortplant, waardoor extreem snelle informatieverwerking en -overdracht met minimale latentie mogelijk is. Fotonen vertonen een zeer geringe interactie met hun omgeving, wat helpt om kwantumtoestanden over lange afstanden en gedurende lange tijd te behouden. Ze kunnen efficiënt worden gerouteerd via gevestigde glasvezelnetwerken, waardoor ze van nature compatibel zijn met de bestaande telecommunicatie-infrastructuur. Bovendien ondersteunt fotonica zowel vrije-ruimteconfiguraties als geïntegreerde fotonische platforms, wat flexibiliteit biedt voor een breed scala aan kwantumtoepassingen, van laboratoriumexperimenten tot schaalbare commerciële systemen.
2. Toepassingen van kwantumfotonica
2.1 Kwantumcomputers
In fotonische kwantumcomputers fungeren fotonen als qubits, die kwantuminformatie dragen en verwerken. Het bereiken van betrouwbare kwantumoperaties vereist uiterst nauwkeurige controle over de frequentie, fase en voortplanting van licht. Zeer precieze optica maakt de manipulatie van fotonenpaden en interferentiepatronen mogelijk die nodig zijn voor kwantumlogische bewerkingen, terwijl ultrastabiele optische bronnen de coherentie in complexe schakelingen behouden. Dankzij deze precieze controle kunnen schaalbare netwerken met meerdere qubits worden gecreëerd die problemen kunnen oplossen die buiten het bereik van klassieke computers liggen.
2.2 Kwantumcommunicatie en -encryptie
Kwantumcommunicatie maakt gebruik van de eigenschappen van licht om informatie veilig te verzenden. Door encryptiesleutels te coderen in de kwantumtoestanden van fotonen, verstoort elke poging tot onderschepping het systeem, waardoor afluisteren detecteerbaar is. Fasecontrole en frequentiestabiele lichtbronnen maken het mogelijk om deze kwantumtoestanden te prepareren, te verzenden en te meten met extreem lage foutpercentages. Dit vormt de ruggengraat van veilige communicatienetwerken en cryptografische systemen van de volgende generatie.
2.3 Kwantumdetectie en -metrologie
Kwantumsensoren benutten de extreme gevoeligheid van kwantumtoestanden om fysische verschijnselen met ongekende precisie te meten. Gecontroleerde optische velden en frequentiestabiel licht maken de detectie mogelijk van minuscule variaties in zwaartekracht, magnetische velden en moleculaire structuren. Hoogwaardige optische lenzen en nauwkeurige bundelvorming verbeteren de interactie tussen fotonen en het te meten systeem, waardoor uiterst nauwkeurige tijd-, frequentie- en ruimtelijke metingen mogelijk zijn. Deze mogelijkheden zijn cruciaal voor toepassingen in navigatie, spectroscopie en fundamenteel natuurkundig onderzoek.
2.4 Kwantumbeeldvorming en -microscopie
Door kwantumcorrelaties in licht te benutten, maakt uiterst precieze optica beeldvorming mogelijk die verder gaat dan de klassieke resolutielimieten en met lagere lichtintensiteiten. Dit maakt gedetailleerde karakterisering van delicate of nanostructuren mogelijk, terwijl schade aan het monster tot een minimum wordt beperkt. Frequentiestabiele belichting verbetert de consistentie en herhaalbaarheid van metingen, wat cruciaal is voor geavanceerde microscopie, materiaalinspectie en kwaliteitscontrole van halfgeleiders.
2.5 Kwantumversterkte tijdregistratie- en frequentienormen
Nauwkeurige optische bronnen en frequentiegestuurde lichtvelden zijn essentieel voor uiterst precieze tijdmeting. Fotonische systemen bieden de stabiliteit die nodig is voor optische klokken en synchronisatie over gedistribueerde netwerken. Dergelijke mogelijkheden verbeteren navigatiesystemen, snelle communicatienetwerken en wetenschappelijke experimenten waarbij timing en frequentiegetrouwheid cruciaal zijn.
3. Productoplossingen van Menlo Systems voor kwantumfotonica
Kwantumtechnologieën zorgen voor een revolutie in de industrie door gebruik te maken van de ongeëvenaarde precisie en rekenkracht van de kwantummechanica. Dit maakt ze onmisbaar voor het aanpakken van complexe wereldwijde uitdagingen zoals kwantumcomputing, uiterst precieze sensoren en veilige communicatie. Veel van deze toepassingen vereisen laserlicht dat fasegestabiliseerd is tot optische frequentiekammen.
Als distributeur van Menlo Systems in Zuidoost-Azië, Wavelength Opto-Electronic levert de toonaangevende prestaties in de branche Optische frequentiekamUltrastabiel systeem en ultrastabiele microgolfgenerator, "Made in Germany", een cruciaal element in kwantumcontrole, metrologie en spectrale analyse.
3.1 Menlo Systems FC1500-Quantum
De FC1500-Quantum biedt een uiterst ruisarme frequentiekam en continu licht over een breed frequentiebereik in een volledig rack-gemonteerd systeem. Het is de alles-in-één ultrastabiele, op frequentiekammen gebaseerde oplossing voor uw Quantum 2.0-toepassing. Of u nu een op ionen/neutrale atomen gebaseerde kwantumcomputer, een kwantumoptische klok of een atoominterferometrie-experiment bouwt, Menlo stemt uw systeem af op uw specifieke eisen en levert de optische engine om uw natuurkundige experimenten uit te voeren. Het systeem bestaat uit een ultrastabiele, in een resonator gestabiliseerde laser met een lijnbreedte van minder dan 1 Hz uit Menlo's Optical Reference System (ORS)-lijn, een ultraruisarme optische frequentiekam (FC1500-ULN of SmartComb) en zoveel continue lasers als nodig zijn voor uw experiment.
De unieke gepatenteerde Menlo-kamtechnologieën maken de overdracht van spectrale zuiverheid, smalle lijnbreedte en hoge stabiliteit van de ORS over het gehele kamspectrum mogelijk, en zorgen voor downdivisie naar het RF-domein zonder verlies van fasecoherentie. De overdracht van zuiverheid is toekomstbestendig, aangezien de resterende faseruis van de kam vele malen lager is dan de hoogste stabiliteit die tot nu toe is aangetoond. Deze eigenschappen minimaliseren het Dick-effect in optische klokken, zorgen voor hoge fasecoherentie om de getrouwheid van optische en microgolfqubits te maximaliseren, en, niet te vergeten, garanderen een 24/7 cyclusslipvrije en driftgecompenseerde laserwerking. De FC1500-Quantum is klaar om uw geavanceerde kwantumtoepassingen mogelijk te maken en te verbeteren.
3.2 Menlo Systems SmartComb-ULN
Menlo Systems introduceert zijn nieuwste platform voor metrologie: de SmartComb-ULN , een compact, robuust, hoogwaardig en volledig geautomatiseerd frequentiekamsysteem. Dit kant-en-klare, alles-in-één apparaat, gebouwd met Menlo Systems' robuuste en betrouwbare figure 9® fiber mode-locked oscillator-technologie, combineert de ongeëvenaarde prestaties van onze ultra-lage-ruis (ULN) frequentiekam met een compact formaat van slechts 3 hoogte-eenheden (3U) in een 19″ rack. Zes uitgangspoorten zijn direct beschikbaar voor interactie met uw toepassing in de Er-band of voor het aansturen van spectrale uitbreidingen en versterkers, waardoor experimenten in het spectrale bereik van 500 nm tot 2100 nm mogelijk zijn. Een ingangspoort voor een optische lock op 1.5 μm is ook inbegrepen.
De SmartComb-ULN garandeert dat de spectrale zuiverheid en stabiliteit over het gehele bestreken spectrum behouden blijven, waardoor het ideaal is voor zowel mobiele als stationaire toepassingen en betrouwbare prestaties levert in uiteenlopende scenario's. Bovendien is de onderliggende technologie reeds geschikt gebleken voor toepassingen in veeleisende omgevingen, zoals aan boord van vliegtuigen en sondeerraketten.
| SmartComb-ULN | ||||
| Kammodusafstand | 250 MHz (andere frequenties op aanvraag) | |||
| Centrum Golflengte | 1560 nm | |||
| Gemiddeld vermogen | > 10 mW | |||
| Spectrale breedte bij 1560 nm | > 25 nm (FWHM) en > 50 nm (−10 dB) | |||
| Stabiliteit* (MDEV) | Optische referentievergrendeling | | RF-referentievergrendeling | |
| in 1 s | < 5 × 10-17 | < 5 × 10-18 (+) | < 5 × 10-18 ** | < 1 × 10-13 |
| in 1000 s | < 5 × 10-18 | < 5 × 10-21 ** | < 5 × 10-15 | |
| Nauwkeurigheid* | Optische referentievergrendeling | | RF-referentievergrendeling | |
| τ > 100 s | < 1 × 10-17 | < 1 × 10−18 (+) | < 1 × 10-14 | |
| Geïntegreerde faseruis*[100 Hz – 2 MHz] | < 100 mrad | < 65 mrad (+) | < 50 mrad** | |
| Stembereik van de kammodusafstand | > 4 MHz | |||
| Afstembereik van CEO-frequentie | volledig flexibel | |||
| Optische uitgangen | 6 | |||
| Uitbreidbare golflengten | 500 – 2100 nm | |||
| LijnbreedteOptische referentievergrendeling | < 1 Hz voor alle kamlijnen en golflengte-extensies | |||
3.3 Optisch referentiesysteem (ORS) van Menlo Systems
Het optische referentiesysteem (ORS) is ontworpen voor compromisloze prestaties. Het levert laserlicht met een ultrasmalle lijnbreedte en een uitstekende frequentiestabiliteit.
Het hart van het systeem is een zeer nauwkeurige Fabry-Pérot-holte (cilindrische afstandhouder met een lengte van 12.1 cm) die als referentie dient voor een CW-laser. De holte is gemaakt van ultra-lage-expansieglas (ULE) en werkt in een vacuüm op het punt van nul thermische uitzetting. De referentieholte is actief ontkoppeld van trillingen en akoestisch geïsoleerd, waardoor optimale prestaties mogelijk zijn, zelfs in ruwe laboratoriumomgevingen. Een eenvoudig te gebruiken vergrendelingsmechanisme voor de holte zorgt voor draagbaarheid zonder dat de optische paden opnieuw hoeven te worden uitgelijnd.
Het systeem wordt aangestuurd door de nieuwste generatie SYNCRO-controllers van Menlo Systems – een modulair elektronisch platform dat is ontworpen voor veelzijdigheid en intuïtief gebruik. Het bevat alle benodigde elektronica, zoals een ruisarme laserdriver en een zeer snelle (analoge) servolus voor laserfrequentiestabilisatie. De gebruiker regelt alle parameters via het 7-inch touchscreen op het voorpaneel of via een grafische gebruikersinterface (GUI) op een externe pc. De ingebouwde software zorgt voor automatische vergrendeling van de laserholte en systeemmonitoring.
| ORS | ||||
| Golflengten | 650 – 1600 nm (ORS) 900 – 1600 nm (ORS met ORS-FS-XTAL) | |||
| Stabiliteit (MADEV op 1 s, lineaire drift verwijderd) | < 7 × 10-16 (ORS met FS-XTAL-optie) < 1 × 10-15 (ORS met ULE-IBS) | |||
| Lijnbreedte | < 1 Hz | |||
| Fase ruis (bij 1542 nm*, afhankelijk van de laserbron) | at | ORS | met ORS-FS-XTAL | |
| 1 Hz | −8 dBc/Hz | −10 dBc/Hz | ||
| 10 Hz | −27 dBc/Hz | −30 dBc/Hz | ||
| 100 Hz | −47 dBc/Hz | −47 dBc/Hz | ||
| 1000 Hz | −70 dBc/Hz | −70 dBc/Hz | ||
| *Schalen dienovereenkomstig voor verschillende draaggolffrequenties | Voor alle modellen zijn de storende signalen < −20 dBc | |||
| Uitgangsvermogen | > 10 mW (FC/APC-connector), hoog vermogen op aanvraag | |||
| Holteafstandhouder | 12.1 cm, ULE, cilindrisch ontwerp | |||
| Vrije spectrale bandbreedte | 1.24 GHz | |||
| Lineaire driftsnelheid | ongeveer 150 mHz/s | |||
| Trillingsisolatieplatform | inclusief | |||
3.4 Menlo Systems Ultrastabiel Microgolfsysteem (UMS)
De UMS-fotomicrogolftechnologie vertegenwoordigt een paradigmaverschuiving in de synthese van microgolfsignalen. Deze baanbrekende ontwikkeling is de eerste commercieel verkrijgbare fotonische microgolfbron die gebruikmaakt van de fasecoherente deling van hoogwaardige optische signalen naar het microgolfdomein. Door deze innovatieve aanpak kunnen we optische faseruis drastisch verminderen tot niveaus die voorheen fysiek onmogelijk waren met meer gevestigde technologieën zoals meervoudige OCXO's of saffieroscillatoren op kamertemperatuur.
De UMS-Compact is de grotere broer van de UMS-Mini. Hij bevat ook een volledig autonome ultrastabiele laser en een frequentiekam, in een robuust, op maat gemaakt racksysteem dat kan worden gebruikt in telecomkasten, radar- en radioastronomiekoepels. Het systeem maakt het mogelijk om aanpasbare uitbreidingen toe te voegen voor meerdere frequentie-uitgangen, zowel in RF/microgolf als voor kamlijnsynthese op specifieke optische frequenties. De UMS-Compact kan op verzoek verder worden gesynchroniseerd met optische of microgolfsignalen als ingang, waardoor het een ideale vliegwiel is voor metrologische glasvezelnetwerken en RF over glasvezelknooppunten. Het is het vervolgsysteem op het Menlo-apparaat dat werd beschreven in Jahangir et al.
| Fase ruis | Frequentiestabiliteit (absoluut*) | ||||||
| 10 MHz | 100 MHz | 10 GHz | 10 MHz | 100 MHz | 10 GHz | ||
| Offsetfrequentie (Hz) | Gemiddelde tijd | ||||||
| 1 | -140 | -125 | -95 | 0.1 | < 3 × 10-14 | < 5 × 10-14 | < 3 × 10-15 |
| 10 | -150 | -135 | -115 | 1 | < 3 × 10-14 | < 5 × 10-14 | < 3 × 10-15 |
| 100 | -155 | -145 | -130 | 10 | < 1 × 10-13 | < 1 × 10-13 | < 1 × 10-14 |
| 1k | -165 | -150 | -145 | 100 | < 5 × 10-13 | < 5 × 10-13 | < 1 × 10-13 |
| 10k | -165 | -155 | -160 | 1000 | < 5 × 10-12 | < 5 × 10-12 | < 1 × 10-12 |
| 100k | < −165 | -155 | < −160 | > 10000 | < 5 × 10-11 | < 5 × 10-11 | < 1 × 10-11 |
| 1M | < −165 | -155 | < −165 | ||||
4. HÜBNER Fotonica en Cobolt-laserbronnen voor kwantum en onderzoek
Als belangrijke leverancier van HÜBNER Fotonica & Cobolt-lasers in Zuidoost-Azië, Wavelength Opto-Electronic brengt een van de meest stabiele laserplatformen die in kwantumlaboratoria worden gebruikt op de markt.
4.1 Cobolt 06-01-serie
De Cobolt 06-01- serie biedt lasers over een breed golflengtebereik in een compact plug-and-play-formaat. De serie bestaat uit hoogwaardige diodelasermodules met vaste golflengte (MLD) en diodegepompte lasers (DPL). De mogelijkheid tot snelle directe modulatie en echte uitschakeling tijdens modulatie maken ze ideaal voor toepassingen in biobeeldvorming en kwantumtechnologie.
| Product | Golflengte | Power | Optie met vezelvlecht |
| Cobolt 06-MLD | 375 nm | 70 mW | 25 mW |
| Cobolt 06-MLD | 395 nm | 120 mW | 25 mW |
| Cobolt 06-MLD | 405 nm | 150 mW 365 mW | 75 mW 150 mW |
| Cobolt 06-MLD | 415 nm | 120 mW | 60 mW |
| Cobolt 06-MLD | 425 nm | 120 mW | 60 mW |
| Cobolt 06-MLD | 445 nm | 100 mW 400 mW | 50 mW 150 mW |
| Cobolt 06-MLD | 457 nm | 100 mW 400 mW | 50 mW 150 mW |
| Cobolt 06-MLD | 473 nm | 100 mW 300 mW | 50 mW 150 mW |
| Cobolt 06-MLD | 488 nm | 60 mW 100 mW 150 mW 200 mW 300 mW | 30 mW 100 mW |
| Cobolt 06-MLD | 505 nm | 80 mW | 40 mW |
| Cobolt 06-MLD | 515 nm | 80 mW 150 mW | 40 mW 75 mW |
| Cobolt 06-MLD | 520 nm | 80 mW | 40 mW |
| Kobalt 06-DPL | 532 nm | 25 mW 50 mW 100 mW 200 mW 300 mW 400 mW | 25 mW 50 mW 100 mW 200 mW |
| Kobalt 06-DPL | 553 nm | 25 mW 50 mW 100 mW | 25 mW |
| Kobalt 06-DPL | 561 nm | 25 mW 50 mW 100 mW 200 mW | 25 mW 50 mW 100 mW |
| Kobalt 06-DPL | 594 nm | 50 mW 100 mW 150 mW | - |
| Cobolt 06-MLD | 633 nm | 80 mW | - |
| Cobolt 06-MLD | 638 nm | 180 mW | 80 mW |
| Cobolt 06-MLD | 642 nm | 180 mW | 80 mW |
| Cobolt 06-MLD | 647 nm | 130 mW | 60 mW |
| Cobolt 06-MLD | 660 nm | 100 mW | 50 mW |
| Cobolt 06-MLD | 685 nm | 40 mW | 20 mW |
| Cobolt 06-MLD | 690 nm | 200 mW | 75 mW |
| Cobolt 06-MLD | 705 nm | 30 mW | 15 mW |
| Cobolt 06-MLD | 730 nm | 50 mW | 20 mW |
| Cobolt 06-MLD | 760 nm | 25 mW | 15 mW |
| Cobolt 06-MLD | 785 nm | 250 mW | 100 mW |
| Cobolt 06-MLD | 808 nm | 120 mW | 50 mW |
| Cobolt 06-MLD | 830 nm | 250 mW | 100 mW |
| Cobolt 06-MLD | 852 nm | 50 mW | 20 mW |
| Cobolt 06-MLD | 915 nm | 250 mW | 100 mW |
| Cobolt 06-MLD | 940 nm | 250 mW | 75 mW |
| Cobolt 06-MLD | 975 nm | 250 mW | 50 mW |
| Cobolt 06-MLD | 1064 nm | 200 mW | 75 mW |
4.2 HÜBNER Photonics C-WAVE
C-WAVE afstemlasers zijn breed afstembare continue golf (cw) laserlichtbronnen die een ongekend breed golflengtebereik in het zichtbare en nabij-infrarode spectrum bestrijken. C-WAVE afstemlasers bieden verschillende afstemmechanismen, variërend van een volledig geautomatiseerde golflengtebenadering tot werkelijk continue, modus-hopvrije scans over tientallen GHz. In gesloten-lusbedrijf kan een langdurige frequentiestabiliteit van +/- 2 MHz over uren worden bereikt. Ze werken volledig geautomatiseerd zonder dat er verbruiksartikelen nodig zijn.
| C-WAVE-model | Afstembereik | Uitgangsvermogen |
| C-WAVE VIS Laag vermogen | 450 – 525 nm en 540 – 650 nm en 900 – 1050 nm en 1080 - 1300 nm | tot 200 mW tot 200 mW tot 400 mW tot 400 mW |
| C-WAVE VIS Hoog vermogen | 450 – 525 nm en 540 – 650 nm en 900 – 1050 nm en 1080 - 1300 nm | tot 500 mW tot 500 mW tot 1 W tot 1 W |
| C-WAVE GTR | 500 – 750 nm en 1000 – 1500 nm en 1700 - 3500 nm | tot 1 W tot 1.5 W tot 2 W |
| C-WAVE BTS | 700 - 1000 nm | >750 mW, tot 5W bij piekgolflengte |
| C-WAVE IR Laag vermogen | 900 – 1050 nm en 1080 - 1300 nm | tot 400 mW tot 400 mW |
| C-WAVE IR met hoog vermogen | 900 – 1050 nm en 1080 - 1300 nm | tot 1 W tot 1 W |
| C-GOLF NIR | 1000 – 1500 nm en 1700 - 3500 nm | tot 1.5 W tot 2 W |
4.3 Cobolt Qu-T™
De Cobolt Qu-T™ -serie biedt afstembaar en vergrendelbaar enkelfrequente CW-emissie in het bereik van 700-850 nm met een inherent hoge mate van flexibiliteit in de centrale golflengte en een perfecte TEM00-bundel. Elke emissiegolflengte kan grofweg en zonder onderbrekingen over enkele nanometer worden afgestemd en fijn (zonder modusverschuivingen) over tientallen GHz. De lasergolflengte kan actief worden vergrendeld aan een externe referentie met behulp van een snelle piëzo-regeling. In combinatie met deze afstembaarheid en vergrendelingsmogelijkheid, lage intensiteitsruis en smalle lijnbreedte maken deze lasers uitermate geschikt voor kwantumexperimenten gebaseerd op atomaire overgangen en de generatie van verstrengelde fotonenparen door middel van spontane parametrische downconversie.
| Centrale golflengte, bijvoorbeeld | 707 nm | 780 nm | 813 nm |
| Grof afstemmen | >4 nm | >4 nm | >4 nm |
| Scherpstellen | > 10 GHz | > 10 GHz | > 10 GHz |
| Lijnbreedte (1 ms) | <50 kHz | <50 kHz | <50 kHz |
| uitgangsvermogen | >500 mW | >500 mW | >500 mW |
4.4 HÜBNER Photonics Ampheia™ fiberlasersystemen
De Ampheia™ -serie biedt krachtige fiberlasersystemen die uitblinken in het versterken van ultralage relatieve intensiteitsruis (RIN) en het behouden van een enkelvoudige frequentie. Deze fiberlasersystemen zijn fiberversterkers met een geïntegreerde seedlaser en straalgeleidingskop. Een compleet lasersysteem dat betaalbaar is en uitstekende laserprestaties levert.
| Golflengte | uitgangsvermogen | Spectrale lijnbreedte | Relatieve intensiteitsruis (RIN) | OSNR |
| 532.2 ± 0.3 m² | 5w | <100 kHz | <-125 dB/Hz | > 70 dB |
| 1064.2 ± 0.6 m² | 20w 40W 50W | <50 kHz | <-130 dB/Hz | > 70 dB |
5. Hoe Wavelength Opto-Electronic Het vormt een aanvulling op het kwantumsysteem.
Wavelength Opto Electronic biedt integrale fotonische oplossingen en technische adviesondersteuning.
5.1 Wavelength Opto-Electronic Kwantumoptica met hoge precisie
Uiterst precieze kwantumoptica vormt de basis van moderne kwantumtechnologieën. Deze componenten – waaronder lenzen , spiegels , filters en straalsplitsers – worden met uiterste precisie vervaardigd om licht met uitzonderlijke nauwkeurigheid te controleren en te manipuleren. Hun prestaties hebben een directe invloed op de stabiliteit, betrouwbaarheid en efficiëntie van optische systemen, waardoor ze cruciaal zijn voor kwantumtoepassingen.
Kwantumoptica is onmisbaar in telecommunicatie en kwantumnetwerken, waar het de integriteit van optische signalen over lange afstanden waarborgt. Filters, straalsplitsers en spiegels regelen golflengte, polarisatie en fase, waardoor signaalroutering en multiplexing met hoge getrouwheid mogelijk worden. In de kwantumfotonica in het bijzonder faciliteren deze optische componenten complexe bewerkingen zoals fotoninterferentie, verstrengelingsverdeling en fasecodering, die allemaal minimale optische verliezen en maximale stabiliteit vereisen.
Moderne, uiterst nauwkeurige optische componenten zijn ontworpen voor zowel duurzaamheid als prestaties en zijn bestand tegen ve veeleisende omgevingen, terwijl ze hun nauwkeurige specificaties in de loop der tijd behouden. Deze combinatie van betrouwbaarheid en precisie zorgt ervoor dat ze geschikt zijn voor de allernieuwste toepassingen, van laboratoriumexperimenten tot industriële kwantumapparaten, en maakt uiteindelijk de ontwikkeling mogelijk van technologieën die de grenzen van meting, communicatie en berekening verleggen.
5.2 Wavelength Opto-Electronic Objectieflenzen met hoge NA
Objectieflenzen met een hoge NA (numerieke apertuur) vertegenwoordigen een cruciale technologie die de ontwikkeling van geavanceerde kwantumfotonica-systemen mogelijk maakt. Wavelength Opto-ElectronicDe aangeboden objectieven met hoge numerieke apertuur (NA) leveren de optische prestaties die nodig zijn voor veeleisende toepassingen op kwantumniveau, waarbij nauwkeurig afgestemde lichtopvang-, focus- en beeldvormingsmogelijkheden worden gecombineerd.
Een hoge NA (numerieke apertuur) zorgt ervoor dat het objectief licht over een brede hoek kan opvangen, wat zowel de resolutie verbetert als de lichtopvangefficiëntie verhoogt. Hierdoor kunnen fijne ruimtelijke details tot op diffractielimietniveau worden waargenomen en kunnen zelfs zwakke optische signalen (zoals enkel-fotonfluorescentie of verstrooide fotonen) effectief worden opgevangen. Lenzen met een hoge NA maken het mogelijk om laserstralen (of andere lichtbronnen) in zeer kleine punten te focussen. Dit is essentieel wanneer een hoge ruimtelijke precisie vereist is, bijvoorbeeld bij het richten op individuele atomen in een val, het aansturen van afzonderlijke qubits of het koppelen van licht aan micro-optische structuren.
Bij kwantumexperimenten die afhankelijk zijn van het detecteren van uitgezonden fotonen (bijvoorbeeld fluorescentie van atomen/ionen, enkelvoudige fotongeneratie, uitlezing van kwantumtoestanden), maximaliseert een hoge NA de detectie-efficiëntie, waardoor de signaal-ruisverhouding en de getrouwheid verbeteren. Objectieven met een hoge NA kunnen worden ontworpen om te voldoen aan de specifieke omgevingsomstandigheden die typisch zijn voor kwantumopstellingen – bijvoorbeeld vacuümvensters, cryogene behuizingen of krappe werkafstanden – met behoud van optische prestaties.
5.3 Wavelength Opto-Electronic Optische modulatoren
Bij het bouwen van fotonische systemen van kwantumkwaliteit (voor kwantumcomputing, kwantumcommunicatie, kwantumdetectie en andere geavanceerde toepassingen) is het vaak niet voldoende om stabiele lasers en uiterst precieze optica te hebben. Je hebt ook actieve controle nodig: het vermogen om fotonen te moduleren, verschuiven, sturen of isoleren met hoge snelheid, betrouwbaarheid en minimale ruis. Dat is waar apparaten zoals akoestisch-optische modulatoren , elektro-optische modulatoren , Q-switches en magneto-optische isolatoren cruciaal worden. Hieronder leggen we uit hoe ze in kwantumcontexten worden toegepast.
5.3.1 Akoestisch-optische modulatoren (AOM's)
Een AOM maakt gebruik van het akoestisch-optische effect: een akoestische golf die zich voortplant in een kristal creëert een periodieke modulatie van de brekingsindex. Doorvallend licht interageert met dit periodieke indexrooster en kan worden gediffracteerd, in frequentie verschoven, afgebogen of geschakeld. In kwantumexperimenten (bijvoorbeeld met opgesloten atomen of ionen, of enkel-fotonbronnen) is het vaak nodig om nauwkeurig gevormde lichtpulsen te genereren, frequenties te verschuiven (bijvoorbeeld voor Raman-overgangen of zijband-adressering) of bundels snel te sturen om verschillende atomaire locaties of optische componenten aan te spreken. AOM's maken dergelijke mogelijkheden mogelijk met hoge snelheid en goede controle over extinctie/afbuiging.
Voor het coderen van kwantuminformatie – bijvoorbeeld in fase-, frequentie- of tijdgecodeerde protocollen – kunnen AOM's fungeren als frequentieverschuivingselementen of modulatoren, waardoor nauwkeurige controle over de kwantumtoestanden van fotonen mogelijk is. Het gebruik van een AOM om relatieve faseverschuivingen tussen pulsen in een glasvezellusinterferometer op te leggen, maakt bijvoorbeeld stabiele en foutarme kwantumsleuteldistributie mogelijk.
Omdat AOM's zowel amplitude- als frequentiemodulatie (of fasemodulatie via frequentieverschuiving + timing) onder elektronische besturing mogelijk maken, bieden ze dynamische programmeerbaarheid. Dit maakt ze nuttig voor experimenten of systemen waarbij kwantumtoestanden tijdens de uitvoering opnieuw geconfigureerd moeten worden, of voor het multiplexen/routeren van fotonen.
Kortom: akoestisch-optische modulatie is bijzonder geschikt voor kwantumfotonica-taken die snelle schakeling, frequentiecontrole, pulsvorming of ruimtelijke bundelsturing vereisen. Daardoor zijn AOM's onmisbaar in veel kwantumopstellingen gebaseerd op koude atomen, enkelvoudige fotonen of vezels.
5.3.2 Elektro-optische modulatoren (EOM's)
Elektro-optische modulatoren ( EOM's) maken gebruik van materialen waarvan de brekingsindex verandert onder invloed van een elektrisch veld (het "elektro-optische effect"). Deze indexverandering kan de fase, frequentie, polarisatie of amplitude van passerend licht moduleren. In fotonische kwantumcomputers – met name in architecturen gebaseerd op interferometers/geïntegreerde fotonische schakelingen – worden EOM's vaak gebruikt om het equivalent van "poorten" te implementeren: faseverschuivers, modulatoren of schakelaars die de manier waarop fotonen interfereren of zich voortplanten veranderen.
Voor kwantum-sleutelverdeling (QKD) of andere kwantumcommunicatieprotocollen kunnen EOM's kwantumtoestanden (fase, polarisatie, amplitude, polarisatie) coderen op fotonen met hoge snelheid, stabiliteit en herhaalbaarheid.
Opkomende kwantumtechnologieën onderzoeken hybride systemen, bijvoorbeeld het omzetten van kwantuminformatie in het microgolfdomein (gebruikt in supergeleidende qubits) naar optische fotonen via elektro-optische interfaces. Sommige experimentele "kwantum-elektro-optische converters" maken gebruik van EOM-achtige modulatie om verschillende kwantumplatformen (microgolf ↔ optisch) met elkaar te verbinden, waardoor interoperabiliteit tussen verschillende kwantumtechnologieën mogelijk wordt.
Voor schema's die nauwkeurige pulsomhulsels, gating of modulatie met hoge bandbreedte vereisen (bijvoorbeeld voor het genereren van geperst licht, het genereren van verstrengeling of het timen van kwantumpoorten), bieden EOM's een snelle, zuivere en controleerbare manier om optische pulsen vorm te geven.
Elektro-optische modulatoren zijn daarom fundamentele componenten in geïntegreerde fotonische kwantumapparaten – ze ondersteunen de stabiele voorbereiding, controle en manipulatie van kwantumtoestanden met hoge nauwkeurigheid.
5.3.3 Magneto-optische isolatoren
Magneto-optische isolatoren (bijvoorbeeld gebaseerd op het Faraday-effect) worden gebruikt om niet-reciproke lichtvoortplanting af te dwingen – dat wil zeggen, om licht in één richting door te laten, maar reflectie of terugwaartse voortplanting te blokkeren/dempen. Dit voorkomt dat teruggekaatst licht opnieuw binnendringt en laserbronnen of gevoelige optische componenten verstoort.
In kwantumsystemen – met name systemen die gebruikmaken van laserbronnen met een smalle lijnbreedte of hoge coherentie (voor koeling, trapping, verstrengeling, interferentie, kwantumgates, enz.) – kunnen onbedoelde terugkaatsingen of feedback de coherentie verminderen, ruis introduceren of het systeem destabiliseren. Magneto-optische isolatoren helpen stabiele, unidirectionele paden te behouden, waardoor de bron wordt beschermd en de zuiverheid en coherentie van kwantumtoestanden behouden blijven.
Bij het combineren van lasers, modulatoren, bundelvormende optiek , resonantieholtes of interferometers is niet-reciproke isolatie essentieel om interferentie, parasitaire reflecties of ongewenste terugkoppeling te voorkomen die kwantumoperaties kunnen verstoren of de betrouwbaarheid kunnen verminderen. Goed ontworpen Faraday-isolatoren dragen bij aan de ontwikkeling van robuuste en betrouwbare kwantumfotonica-hardware, met name voor systemen die bedoeld zijn voor langdurige, stabiele werking (bijvoorbeeld kwantumcommunicatieverbindingen, kwantumsensoren en optische klokken).
Hoewel magneto-optische isolatoren dus niet direct kwantuminformatie "coderen", spelen ze wel een ondersteunende rol: ze zorgen ervoor dat de rest van de kwantumfotonica-keten betrouwbaar, zuiver en zonder ongewenste verstoringen functioneert.
6. Toepassingsvoorbeelden voor industrie en onderzoek
6.1 Testopstelling voor het kwantumcommunicatielaboratorium
In experimentele kwantumcommunicatiesystemen moeten de generatie, modulatie en detectie van fotonen met een onberispelijke timing en spectrale stabiliteit plaatsvinden. Lasers met een smalle lijnbreedte op telecomgolflengten dienen als betrouwbare fotonenbronnen, waardoor transmissie over lange afstanden via standaard glasvezelnetwerken mogelijk is. Fasemodulatoren introduceren gecontroleerde variaties in de fotonfase en vormen de basis van kwantumsleutelcoderingsprotocollen die worden gebruikt in QKD-demonstraties.
Een frequentiekam-systeem zorgt voor de precieze klokpuls die nodig is om zender- en ontvangerstations op attoseconde-schaal te synchroniseren. Samen vormen deze optische elementen een volledig geïntegreerde testopstelling voor kwantumcommunicatie, waardoor veilige sleuteluitwisseling mogelijk is met laag kanaalverlies en onderdrukte signaaldecoherentie – ideaal voor het valideren van hardware en netwerkprototypes voor kwantumencryptie.
6.2 Kwantum-atoom-lichtinteractie voor koude-atoomfysica
Kwantumdetectie en atoomklokken zijn gebaseerd op de optische manipulatie van koude atomen zoals rubidium of cesium. Lasers met atomaire resonantiegolflengten worden gebruikt om atomen af te koelen, te vangen en in goed gedefinieerde kwantumtoestanden te brengen. Om coherentie tijdens experimenten te behouden, zorgen objectieflenzen met een hoge numerieke apertuur (NA) en bundelvormende optiek voor een zuivere golffrontoverdracht en uniforme belichting in magneto-optische vallen of optische pincetten.
Frequentie-referentie via optische kammen stabiliseert de meetlasers op de vereiste atomaire overgangsfrequentie, waardoor nauwkeurige controle van enkel-fotonabsorptie-/emissieprocessen mogelijk is. Deze combinatie maakt succesvolle controle van atomaire energieniveaus mogelijk voor onderzoek naar kwantumgeheugens, coherente fotonenbronnen en de volgende generatie precisietijdstandaarden.
6.3 Ontwikkeling van geïntegreerde kwantumoptische schakelingen
Naarmate kwantumfotonische chips zich verder ontwikkelen, moeten optische paden in vrije ruimte en via vezels met uitzonderlijke ruimtelijke nauwkeurigheid werken. Zeer precieze focusoptiek wordt gebruikt om fotonen in golfgeleiders te injecteren, terwijl straalsturende lenzen een instelbare routering over fotonische elementen op de chip mogelijk maken.
Coherente, ultrastabiele laserbronnen leveren de benodigde excitatie voor verstrengelings- en interferentie-experimenten. Elektro-optische modulatoren manipuleren de fotonenvoortplanting in realtime en fungeren als snelle kwantumlogische operatoren. Deze strategie maakt een nauwkeurige vormgeving van optische kwantumcircuits mogelijk, wat schaalbare architecturen ondersteunt voor fotonische kwantumcomputing en geavanceerde verstrengelingsdistributie.
6.4 Kwantumspectroscopie en frequentiedomeinmetrologie
Bij kwantumgestuurde spectroscopie onderzoeken onderzoekers moleculaire kenmerken, spintoestanden en subtiele energieverschuivingen met een extreem hoge resolutie. Frequentiekammen bestrijken grote spectrale bereiken met gelijkmatig verdeelde, fasevergrendelde optische lijnen, waardoor nauwkeurige frequentiedomeinanalyse mogelijk is. In combinatie met reflectieverminderende filters en hoogwaardige focusoptiek detecteren deze systemen interacties op kwantumniveau die voorheen niet te onderscheiden waren.
De resulterende prestaties bevorderen fundamenteel onderzoek in de vastestoffysica, moleculaire chemie en precisiesensoriek, waarbij zelfs minuscule veranderingen in de omgeving met kwantummechanische gevoeligheid kunnen worden gemeten.
6.5 Fotonisolatie en coherentiebescherming
Kwantumexperimenten zijn zeer gevoelig voor terugkaatsingen en ongewenste feedback. Magneto-optische isolatoren beschermen lasers en delicate kwantumtoestanden door fotonen slechts in één richting te laten propageren. Dit behoudt coherentie, voorkomt verstoring van de resonantieholte en handhaaft de fase-integriteit in systemen met een hoge Q-factor, zoals geperste-lichtgeneratoren of verstrengelde fotonenbronnen.
Een dergelijke isolatie is essentieel wanneer ultrastabiele lasers in contact komen met niet-lineaire kristallen, fotonische chips of op vacuüm gebaseerde kwantumplatformen.
7. Conclusie
Kwantumfotonica biedt de sleutel tot doorbraken in computertechnologie, communicatie en sensortechnologie, en het succes ervan hangt af van absolute controle over licht – een uitdaging die alleen haalbaar is met optische systemen van hoge kwaliteit. Wavelength Opto-Electronic levert de bouwstenen voor deze revolutie door middel van essentiële optische producten zoals aangepaste lenzen, coatings, modulatorenen bundelvormingsoplossingen; kwantumlaserbronnen, waaronder HÜBNER Photonics' Cobolt-serie; nauwkeurige frequentiecontrole met De optische frequentiekammen van Menlo Systems; en uitgebreide systeemtechnische ondersteuning voor ontwerp, afstemming en integratie. Samen stellen deze oplossingen onderzoekers en industriële partners in staat om de kwantumontwikkeling met vertrouwen te versnellen. Wavelength Opto-Electronic We verwelkomen samenwerking met onderzoekslaboratoria, systeemintegratoren, fotonicafabrikanten en startups in de kwantumtechnologie, terwijl we samenwerken aan de toekomst van de fotonica – van de controle van individuele fotonen tot grootschalige kwantuminfrastructuur.
