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室温下电注入光子对源 PRL112,183901 (2014) 崔明珠 2013111143 室温下的电注入光子对源 未来的量子信息技术面临的主要挑战之一是小型化和在一个单芯片上高性能组件的集成。在这种情况下，光的非经典态的电驱动比光驱动有明显的优势。这里我们介绍在室温和电信工作波长下的第一个光子对电驱动半导体源。该设备基于激光二极管II类腔内自发参量下转换类型并能够产生波长为1.57μm的光子对。辐射对时间相关的测量量为内部生成效率是7×10?11对/注入电子。我们的平台支持大规模并行系统复杂的量子操作进行生成，检测和对光子的打开方式进行演示。 因为光子本身作为飞行比特可以进行高速长距离传输并且几乎免疫退相干，所以光子在量子信息技术的发展中有独特的优势。最近集成光子电路因其固有的可扩展性和可靠性产生了新一代的量子通信、计算计量设备。即使芯片上光的非经典态的操纵和检测有了很大的进展，在光子电路上实现光源的完全集成仍是一个主要的挑战。这种设备和光驱动的设备相比在便携性、能耗、与整合上有明显的优势。半导体材料是实现非常紧凑、大规模并行设备理想材料：关于双光子源，量子点的激子级联已被用于展示波长为890 纠缠的发光二极管。然而，即使使用单一的发射器发射这些设备保证了确定性，低温下操作大大限制了它们的应用前景。 光学参量转换提供了一种替代方法。尽管其有不确定性，这个过程在量子信息和通信协议中被广泛用来产生光子对。到现在，通过硅的四波混频或铝镓砷()自发的参量下转换（SPDC）在半导体波导的泵浦作用已经能够产生纠缠光子对。由于其直接带隙，后者的平台为电注入提供了一个明显的刺激。为了解决该晶体的各向同性结构，已经提出了几种解决方案以实现波导中的非线性光学转换。其中，模态相匹配，在该阶段的速度失配用多模波导色散补偿，这种方法是其中一个最有前途的单片集成的激光源和非线性介质的装置。在这方案中，交互模式可以被限制在均匀的包层或光子晶体的带隙结构中，后者可避免总铝含量减少导致的老化问题。 这篇论文中提出了一种电注入砷化铝镓的装置，这种装置发出的光子对在电信波长和室温下操作。我们的装置，如图1（a），已被设计为1.57μM波长的光子对同时激发在785和高效II型与内部的SPDC.两个布拉格镜子提供一个光子带隙的垂直限制的激光布拉格－横电（TEB）模式和总对于双光子反射包层模式(一个TE00和一个 TM00)。非线性过程可能是因为TEB泵模式和相互作用的两个双光子模式，并验证了能量守恒方程和Ⅱ类相位匹配： 和（其中i=TEB,TE00,TM00）是角光学频率和有效折射率模式。调谐曲线基于文献[ 23,24 ]，上述系统的解决方案，如图1所示。 因为TEB的模式从邻近波导的带隙能核心产生的强色散，从退化的激光波长小的变化产生的光子之间一个大的波长分离。因此，考虑到我们的单光子雪崩光电二极管的灵敏度范围，我们的光谱窗口检测的每一对两个光子频率简并区。 样品是在分子束外延在（100）n掺杂的衬底上生长的。它由一个氮掺杂六期布拉格反射器（下镜），这个反射器是一个有8.5 的中间量子势井和298的核心和p掺杂六期布拉格反射镜（上镜）。布拉格反射器是逐渐从到掺杂的。230 的覆盖层（，P型）能够保护结构并有利于上接触。为了实现最大的非零的非线性系数和自然解理面，波导是用湿化学蚀刻法制备来构成一个5.5–6微米宽2微米深沿着（011）晶轴的脊状。过程的最后把样品减薄和通过与Au合金接触来实现金属化。样品被切成成2毫米长的条。 图2（a）显示内部的峰值功率和电压特性随注入电流的变化。该装置安装在铜沉积的表侧上；温度可以通过一个Peltier模块在15摄氏度和40摄氏度之间进行调节。为了避免不必要的热漂移，我们采用的电流脉冲持续时间为120 ns，重复率为10 kHz。激光内峰值功率的计算通过2D的FDTD数值模拟，将EB的模式反射率（79%）考虑在内。我们观察到的导通电压～1.6V，这非常接近量子阱的带隙（～1.58ev），这就意味着在异质界面没有电流的阻断作用发生。阈值电流大约420mA，对应于一个阈值电流密度=3.3kA/cm2。这个值比这个光谱范围内最先进的激光二极管的值还要大，可能由于对布拉格反射镜的粗糙的优化掺杂。通过输出平面的影像分析对激光束的空间强度分布进行研究；在图2（b）中记录下来的近场分布与对应的数值模拟显示在一起，结果明显支持输出为TEB模式。图2（c）显示注入电流为650 mA激光发射光谱强度随热沉积温度的变化。除了典型的纵向模式跳变-激光二极管的典型特征-整体趋势对应于理论温度度量子阱带宽的依赖性。 图2。激光操作。（a）电压（交叉线）和内部的光功率（圆圈线）与电流的关系。测量时电流脉冲持续时间为120 ns，重复率为10 kHz，热沉