Ultralow-Loss Integrated Photonics Enables Bright, Narrowband, Photon-Pair Sources

窄带 光子学 光子 光电子学 物理 光学 材料科学
作者
Ruiyang Chen,Yi-Han Luo,Jinbao Long,Baoqi Shi,Chen Shen,Junqiu Liu
出处
期刊:Physical Review Letters [American Physical Society]
卷期号:133 (8) 被引量:4
标识
DOI:10.1103/physrevlett.133.083803
摘要

Photon-pair sources are critical building blocks for photonic quantum systems. Leveraging Kerr nonlinearity and cavity-enhanced spontaneous four-wave mixing, chip-scale photon-pair sources can be created using microresonators built on photonic integrated circuit. For practical applications, a high microresonator quality factor Q is mandatory to magnify photon-pair sources' brightness and reduce their linewidth. The former is proportional to Q^{4}, while the latter is inversely proportional to Q. Here, we demonstrate an integrated, microresonator-based, narrowband photon-pair source. The integrated microresonator, made of silicon nitride and fabricated using a standard CMOS foundry process, features ultralow loss down to 0.03 dB/cm and intrinsic Q factor exceeding 10^{7}. The photon-pair source has brightness of 1.17×10^{9} Hz/mW^{2}/GHz and linewidth of 25.9 MHz, both of which are record values for silicon-photonics-based quantum light source. It further enables a heralded single-photon source with heralded second-order correlation g_{h}^{(2)}(0)=0.0037(5), as well as an energy-time entanglement source with a raw visibility of 0.973(9). Our work evidences the global potential of ultralow-loss integrated photonics to create novel quantum light sources and circuits, catalyzing efficient, compact, and robust interfaces to quantum communication and networks.

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