Optični adiabatni sklopniki za integracijo kvantnih enofotonskih virov na SiN integrirana fotonska vezja

Optical adiabatic couplers for integrating quantum single-photon sources onto SiN integrated photonic circuits


Miloš Ljubotina, Andraž Debevc, Marko Topič in Janez Krč
Univerza v Ljubljani, Fakulteta za elektrotehniko, Laboratorij za fotovoltaiko in optoelektroniko


POVZETEK - Fotonska integrirana vezja (angl. PIC) zajemajo tehnologije, ki predstavljajo spodbudno osnovo za razvoj kvantnih tehnologij. Pri tem je ključnega pomena učinkovitost posameznih integriranih gradnikov kvantne fotonike, zaradi česar je potrebno izkoristiti različne tehnologije oziroma materialne platforme, ki služijo izdelavi kvantnih fotonskih integriranih vezij (angl. QPIC). Gradnike, izdelane na različnih platformah, je z ustreznimi postopki heterogene integracije mogoče fizično združiti s skupno temeljno platformo. Ključen dejavnik za pravilno delovanje celotnega sistema je učinkovit optičen sklop integriranih gradnikov. V našem prispevku bomo predstavili naš pristop k načrtovanju adiabatnih sklopnikov med integriranimi kvantnimi gradniki in temeljno platformo, osnovano na materialni platformi silicijevega nitrida (angl. SiN), pri čemer se bomo ozirali na postopek heterogene integracije z mikroprenosnim tiskom. Prikazali bomo optimizirane sklopnike za primer integracije enofotonskih virov, kjer bomo upoštevali pomembne napake in negotovosti, ki izvirajo iz postopkov izdelave QPIC.

ABSTRACT - Photonic integrated circuit (PIC) technologies represent a promising base for the research and development of quantum technologies. Here, an important factor is the efficiency of individual integrated quantum photonic components, which dictates the need to harness the capabilities of different material platforms used for fabrication of quantum photonic integrated circuits (QPICs). Components fabricated on different platforms can be physically integrated with a common interposer platform by employing appropriate heterogeneous integration techniques. A key factor for the correct operation of the whole system is efficient optical coupling of the integrated components. In our contribution, we will present our approach to the design of adiabatic couplers between integrated quantum components and a silicon nitride (SiN) based interposer platform, where we will consider the micro-transfer printing heterogeneous integration technique. We will show optimised couplers for the case of single-photon sources, where we will account for important variations and uncertainties that originate from QPIC fabrication processes.