Nichtlineare Optik mit einzelnen Photonen

Nahezu alle bisher realisierten Einzelphotonen-Quellen emittieren Licht im roten oder nah-infraroten Spektralbereich zwischen ca. 600 nm und 1000 nm. Sie sind damit für die Quantenkommunikation über lange Faserstrecken aufgrund der hohen Absorption nur bedingt geeignet.

Für den Aufbau langreichweitiger Quantennetzwerke ist deshalb die Realisierung einer Einzelphotonenquelle im Wellenlängenbereich der Telekommunikationsfenster (1310 nm, 1550 nm) von hoher Bedeutung. Ähnliches gilt für die Untersuchung s.g. Quanten-Repeater: Während die Speicherung von Quanteninformation in langlebigen elektronischen Zuständen von Atomen oder Ionen oder Spin-Zuständen in Farbzentren erfolgen kann (mit Schreib-/Lesevorgängen auf optischen Übergängen im VIS-NIR Bereich), bieten sich für den Transfer von Quanteninformation Photonen im Telekommunikationsfenster an.

Für diese Ziele untersuchen wir die Frequenzkonversion einzelner Photonen vom roten (ca. 750 nm) in den infraroten (1550 nm) Spektralbereich. Die eingesetzte Methode ist die nichtlinear-optische Differenzfrequenzmischung von einzelnen Photonen mit einer intensiven Mischwelle, die in der Erzeugung eines einzelnen (Idler-) Photons im Telekomwellenlängenbereich resultiert.

Unsere aktuellen Arbeiten konzentrieren sich auf den Aufbau von optisch-parametrischen Oszillatoren zur Erzeugung der Mischwelle (im infraroten Spektralbereich) , die Realisierung der Frequenzkonversion und die Untersuchung von Rauschprozessen bei der nichtlinearen Konversion.