Titelaufnahme
Titelaufnahme
- TitelDispersion engineering of thin-film lithium niobate waveguides for quantum applications / Silia Babel ; Erstgutachterin: Prof. Dr. Christine Silberhorn, Zweitgutachter: Jun. Prof. Dr. Nicholas Güsken
- Autor
- Gutachter
- Erschienen
- Umfang1 Online-Ressource (143 Seiten) : Diagramme, Illustrationen
- HochschulschriftUniversität Paderborn, Dissertation, 2026
- AnmerkungTag der Verteidigung: 30.06.2026
- Verteidigung2026-06-30
- SpracheEnglisch
- DokumenttypDissertation
- Schlagwörter (GND)
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Klassifikation
Zusammenfassung
Skalierbare und effiziente Bauelemente sind wesentlich für die Miniaturisierung integrierter quantenoptischer Experimente. Ein aussichtsreiches neues Material in diesem Forschungsfeld ist Dünnschicht Lithiumniobate (TFLN). Jedoch ist eine systematische Untersuchung des Materials für dieses Forschungsfeld noch ausstehend. Daher untersucht diese Arbeit TFLN systematisch als Material für integrierte Quantenoptik, indem die Vorteile für dispersionsoptimierte Quantenbauelemente genutzt werden. Wir untersuchen die Propagationsverluste in TFLN-Wellenleitern als ein Baustein für integrierte Schaltkreise und erreichen State of the Art Verluste. Wir demonstrieren Hong-Ou-Mandel-Interferenz in einem TFLN-Richtkoppler als einfaches quantenoptisches Phänomen. Da Photonenquellen ein weiterer wichtiger Baustein sind, simulieren und charakterisieren wir verschiedene dispersionsoptimierte parametrische Fluoreszenzquellen detailliert, um den Vorteil von Wellenleiter mit einem hohen Indexkontrast in Lithiumniobat zu nutzen. Das ganze Potenzial von TFLN zeigt sich mit der Realisierung eines hocheffizienten, dispersionsoptimierten Quantenpulsgatters, das Standardbauelemente um drei Größenordnungen übertrifft. Mit diesem systematischen Ansatz zeigen wir die Anwendbarkeit von TFLN für integrierte Quantenoptik und schaffen eine Infrastruktur für das Design und die Charakterisierung von Quantenbauelementen. Dies bildet die Grundlage für die Realisierung hochkomplexer Quantenschaltungen in TFLN.
Abstract
Scalable and efficient devices are crucial for the miniaturization of integrated quantum optics experiments. A new frontier material in this research area is thin-film lithium niobate (TFLN). However, a systematic investigation of the feasibility of the material for this research field is not fully completed. Thus, this thesis systematically assesses TFLN as a material for integrated quantum optics by harnessing its advantages for dispersion engineered quantum devices. We investigate propagation losses in TFLN waveguides as the basic building block for integrated circuits showing state of the art losses. We demonstrate a Hong-Ou-Mandel interference in a TFLN directional coupler as a simple quantum optical phenomenon. Since photon sources are another important building block, we simulate and characterize different dispersion engineered parametric down-conversion sources in-depth to harness the advantages of highly confined waveguides in lithium niobate. The full potential of TFLN takes shape with the realization of a highly efficient dispersion engineered quantum pulse gate that outperforms standard devices by three orders of magnitude. Using this systematic approach, we demonstrate the applicability of TFLN for integrated quantum optics and establish an infrastructure for the design and characterization of quantum devices laying the foundation for the realization of highly sophisticated quantum circuits on TFLN.
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