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Abstract

Die integrierte Quantenoptik ist ein aufstrebendes Forschungsfeld, welches unsere Gesellschaft revolutionieren wird, indem sie bisher unerreichbare Anwendungen ermöglicht. Die Basis für viele quantenoptischen Anwendungen bilden integrierte Bauelemente. In dieser Dissertation wurden die Technologien entwickelt, die notwendig sind photonische Quantenzustände zu erzeugen und hohe Integrationsdichten von Komponenten zu ermöglichen. Diese Arbeit konzentriert sich auf neuartige Entwicklungen zur Realisierung von periodisch gepolten Wellenleitern in zwei Materialsystemen, Kaliumtitanylphosphat (KTP) und Lithiumniobat auf einem Isolator (LNOI). Beide Materialien zeichnen sich durch einzigartige Dispersionseigenschaften aus, die hohe Integrationsdichten und Photonenpaarquellen ermöglichen. Jedoch ist die Herstellung dieser Bauteile herausfordernd. Es wurden detaillierte Untersuchungen zum Polungsverhalten und Wellenleitern in KTP durchgeführt, wodurch nun periodisch gepolter Wellenleiter in KTP verlässlich hergestellt werden können. Darüber hinaus wird die Entwicklung von Herstellungstechniken von periodisch gepolten Wellenleitern in LNOI gezeigt. Unter Verwendung der neuen Technologien wurden Bauelemente in beiden Materialien hergestellt und nichtlinear optisch charakterisiert, wodurch die gewünschten Funktionalitäten nachgewiesen wurden. Diese Arbeit stellt die Grundlagen zur Herstellung von quantenoptischen Bauelementen in KTP und LNOI dar.

Abstract

Integrated quantum optics is an emerging research field with the potential to revolutionise our society by providing previously unattainable applications. Integrated devices serve as the foundation for many quantum optical applications. In this thesis, we investigate the fabrication technologies for nonlinear integrated devices, which are essential to generate photonic quantum states. This research focuses on novel developments on two material systems for realising periodically poled waveguides in potassium titanyl phosphate (KTP) and lithium niobate on insulator (LNOI). Both materials have unique dispersions properties that allow for high integration densities and photon pair generation. However, the fabrication of these devices is challenging. Detailed investigations of the periodic poling behaviour and waveguides in KTP were conducted, resulting in a reliably established technology to fabricate periodically poled waveguides in KTP. Furthermore, this thesis shows the development of fabrication techniques for periodically poled waveguides in LNOI. Using these new technology approaches devices from both materials were fabricated and nonlinear optically characterised, demonstrating the desired functionality. This work lays the foundation for the fabrication of quantum optical devices in KTP and LNOI.