相関光子対光源


  • Heralded Single-Photon Source with g(2)(τ = 0) < 0.1
  • Photon-Pair Generation at 810 nm
  • Integrated 405 nm Pump Laser

SPDC810

Correlated Photon-Pair Source

A second-order correlation measurement [g(2)(τ)] between signal and idler photons. The peak at τ = 0 confirms the generation of photon pairs. Data is taken at 35 mW.

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一般的な用途

  • サブショットノイズイメージング
  • 2光子干渉
  • 伝令付き(Heralded)g(2)測定
  • 吸収分光法
  • 量子計測

特長

  • 自発的パラメトリック下方変換(SPDC)光源(コリニア、タイプII)
  • 高効率の伝令比率(Heralding Ratio)> 0.45
  • 光子対生成率(Photon Pair Generation Rate)> 450 kHz
  • 放出された光子の波長安定性:±2.5 nm
  • 励起(ポンプ)レーザのパワー調整範囲:10 mW~150 mW
  • 室温動作
  • 405 nm励起レーザはリモート操作が可能(シリアルRS232)
  • FC/PC(ARコーティング付き)-FC/PC(コーティング無し)のパッチケーブルが2本付属
  • ファイバーバルクヘッドおよびコネクタ用クリーナが付属
SPDC Energy Conservation
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SPDC810の変換プロセスはエネルギと運動量の保存則に従っています。
SPDC Nonlinear Process
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コリニア、タイプIIのSPDC光源では、PPKTP結晶に入射した405 nmの励起光の光子1個は、波長810 nmの光子2個として出力されます。

当社の相関光子対光源は、自発的パラメトリック下方変換(SPDC)を用いて、エネルギ・時間のもつれた810 nmの光子対を生成します。405 nmの励起レーザが内蔵されたこちらの光源では、光子対生成率(Photon Pair Generation Rate)> 450 kHz、伝令比率(Heralding Ratio)> 0.45が得られます。またこの光源は、2次相関関数の遅延時間ゼロにおける値[g(2) (τ = 0)]として< 0.1が得られるため、量子光学分野の用途に適した高輝度の伝令付き単一光子源としても使用できます。性能仕様の詳細は「仕様」タブをご覧ください。なお、伝令比率、光子対生成率、およびg(2)(0)の値は励起レーザを35 mWで動作させたときの値で、励起光パワーやディテクタの仕様によって変化しますのでご注意ください。

こちらのSPDC光源では、非線形結晶(周期的分極構造を有するリン酸チタン酸カリウム、PPKTP)を用いて、405 nmの励起光の光子1個を単一事象で810 nmの2個の光子(シグナルとアイドラ)に変換します。このシグナル光子とアイドラ光子はタイプIIの位相整合をしており、従ってこれらの偏光面は直交(異常光と常光)しています。右の図をご覧ください。光源の光子から光子対が同時に生成されるため、伝令付き単一光子源として使用することができます。これは1つの光子(アイドラ)を検出したとき、もう1つの光子(シグナル)の存在を知ることになります。単一光子の検証についての詳細は「単一光子出力」タブをご参照ください。

SPDC810 Electrical and Fiber Connections
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シグナル光とアイドラ光の出力用にパッチケーブルP1-780PM-FC-1(付属していません)が接続された光子対光源
SPDC GUI
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SPDC810のソフトウェアはシンプルなGUI機能を有しており、接続されたSPDC810を自動的に識別し、励起光パワーと出射光を制御することができます。このGUIには励起光パワーの測定値、電流、温度なども表示されるため、デバイスの状態を一目で確認できます。

下方変換された光を効率良く使用できるよう、シグナル光とアイドラ光の出力チャンネルにはFC/PCコネクタが用いられいます。当社では、偏光を保持するために、SPDC810に付属する2本のパッチケーブルP1-780PMAR-2、あるいはP1-780PM-FC-1などのPM780-HPを用いたFC/PCパッチケーブルのご使用をお勧めいたします。偏光情報を維持する必要がない場合には、780HPのFC/PCパッチケーブルもご使用いただけます。

光子対光源には、非線形結晶の温度と下方変換された光子の波長を維持するためにオーブンが内蔵されており、そのため±2.5 nmの波長安定性が得られています。適切に冷却できるよう、ユニットの四方には25.4 mm以上の隙間が必要です。

こちらのSPDCは工場でアライメントされており、すぐにご使用いただけます。もしミスアライメントが生じても、信号が検出できる場合には、筐体側面のアクセスホールから内部ミラーのXY軸の調整が可能です。詳細はマニュアルをご覧ください。内部のアジャスタの調整には、2 mmボール(六角)ドライバ(付属していません)がご使用いただけます。信号が検出されない場合には当社までご連絡ください。

ユニットにはM8コネクタ付きの12 V電源、および励起レーザを操作するためのRS232ケーブルが付属します。 コネクタの詳細については「ピン配列」タブをご覧ください。

ファイバーバルクヘッドおよびコネクタ用クリーナが付属
付属のファイバーバルクヘッドおよびコネクタ用クリーナFBC250を用いると、コネクタに付着した埃や微粒子、油脂汚れなどを、溶剤を使用せずに取り除くことができます。 交換カートリッジは別途2個セットでご用意しております。ファイバーコネクタ用ユニバーサルクリーナFCC-7020も付属しています。こちらはアルコールやクリーニング溶剤の代用となる製品です。 クリーナFBC250の使用方法については、「ファイバのクリーニング方法」タブをご覧ください。

SPDC Source Housing Dimensions
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相関光子対光源の筐体寸法
Specifications
Optical Specifications
Operating Wavelength 810 ± 2 nm
ηsi (Detector Excluded)a,b> 0.45
Max Pairs/Second> 450 kHz
Wavelength Stabilitya±2.5 nm
Temperature ControlNo
g(2)(τ = 0)a,c< 0.1
Extinction Ratioa> 17 dB
Lifetime> 2500 Hours of Pump Emission
Pump Laser Powerd10 mW to 150 mW
User ServicableNo
Electrical Specifications
Input Voltage100 - 240 V
Frequency50 - 60 Hz
Power Consumption25 W (Max)
InterfaceRS232 Serial
Environmental Requirements
Room Temperature18 °C to 25 °C
Storage Temperature-10 °C to 60 °C
HumidityNon-Condensing
Physical Dimensions
Dimensions (L x W x H)10.13" x 6.41" x 2.24"
(257.2 mm x 162.7 mm x 56.9 mm)
Weight2.6 kg
  • 励起(ポンプ)レーザのパワーが35 mWのときの値
  • ηsiは伝令比率(Heralding Ratio)で、C/sqrt(PsPi )を用いて求めることできます。ここでCは同時計数、PsとPiはそれぞれシグナルとアイドラのチャンネルごとの計数(未加工)です。
  • 2次相関関数の遅延時間ゼロにおける値の測定値。詳細は「単一光子出力」タブをご覧ください。
  • 光源SPDC810は低い励起光パワーでもご使用いただけますが、仕様値は満たしません。

ソフトウェア

バージョン 0.1.0.0

SPDC810のソフトウェアパッケージには、相関光子対光源SPDC810を制御するためのGUIが含まれています。

SPDC810 Electrical Connections
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相関光子対光源の電気接続
Correlated Photon-Pair Source Side Panel
CalloutDescription
1Signal Channel Output, 2.0 mm Narrow Key FC/PC Fiber Connector 
2Idler Channel Output, 2.0 mm Narrow Key FC/PC Fiber Connector
3Serial RS232 Connector for Pump Laser
4M8 Power Connector, 12 VDC Supply
Experimental Setup for Single-Photon Generation
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図1: 単一光子生成を試験するための実験セットアップ。APD-hは伝令となる光子用のアバランシェフォトダイオード、APD-1とAPD-2はシグナル光子用です。TCSPCは時間相関単一光子カウンタです。

単一光子出力の検証

単一光子光源の最も重要な特性の1つは、どの程度単一光子のみの出力をするかということです。その特性を検証するには、単に単一光子ディテクタで信号を検出するだけでは十分ではなく、それは古典的な光源からの光を減衰させるだけでも簡単に実現できます。また、真の単一光子光源であっても、その出力には漏れ光や多光子事象による付加的な光が混入している可能性があります。従って、同時計数のピークにより単一光子の存在は確認できますが、ノイズの情報はわずかにしか得られません。なお、この説明全体を通して、「Singles」とは1チャンネルでの1回の検出、理想的には光子対の半分の数を意味します。

当社の光子対光源SPDC810は、自発的パラメトリック下方変換(SPDC)をベースにしており、常に光子対を生成します。単一光子動作を検証するための実験セットアップを図1に示します。出力の一方が直接単一光子ディテクタに接続されますが、このケースでは単一光子アバランシェフォトダイオード(APD)に接続されています。このチャンネルはもう1つのアームにおける光子の存在を確認できるため、伝令チャンネルあるいはトリガーチャンネルと呼ばれることがあります。シグナルチャンネルの出力は、Hanbury-Brown-Twiss干渉計を構成する50:50ビームスプリッタで分岐され、さらにディテクタ1と2に接続されています。3つのすべてのディテクタは同時計数器である時間相関単一光子カウンタ(TCSPC)に接続されています。光源が真に光子対のみを出力している場合は、伝令ディテクタとディテクタ1、または伝令ディテクタとディテクタ2の間での2光子同時計数(それぞれCh,1、Ch,2)のみが観測されます。その様子は図2でご覧いただけます。光子は2つしか存在しないため、3つのディテクタ間での3光子同時計数(Ch,1,2)が生じることはありません。

SPDC810 Histogram
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図2: APD-hとAPD-1またはAPD-2間の同時計数ヒストグラム(それぞれCh,1、Ch,2)。50 nsでのピークから光子対の生成が確認できます。伝令光子には50 nsの遅延時間が付加されているため、APD-hへの到達はシグナル光子がAPD-1または APD-2に到達するよりも50 ns遅くなります。このデータは当社の光子対光源SPDC810を使用して取得しました。

光子対光源SPDC810を使用して取得したデータの例を表1に示します。予想されるとおり、「Singles」はビームスプリッタの反射率に従って分岐されます。このケースでは、ファイバ-ファイバの結合による損失が付加されます。同時計数Ch,1およびCh,2についても同じで、これらは2つのディテクタに同じように分配されています。しかし、3光子同時計数Ch,1,2は非常に0に近い値になっています。この結果は、真の単一光子出力光源であることを裏付けています。さらにこの実験では、光の粒子性、すなわち光子は分割されないことも確認できます。

Table 1
Average Coincidences per SecondSingles per Second
Ch,115229Sh130796
Ch,217435S145376
Ch,1,28S255128

上に記載した測定結果は、しばしば伝令付き2次相関関数gh(2)(τ)とも呼ばれます。ここでτ は到達時刻t1とt2の時間差です。関心のあるτ = 0での数値は、次の式を用いて得られます。

理想的な光子対光源の場合、伝令ディテクタで光子が検出されるという条件のもとでは、ディテクタ1と2の両方で光子が同時(τ=0)に検出される確率は0になります。表1に示されたデータをもとに式(1)を用いた場合、gh(2)(0) = 0.004になり、これは理想的な性能に近いと言えます。この2次相関関数にはさらに根本的な重要性があります。g(2)(0)の値は対象とする光のタイプに依存するため、光の非古典的な性質を証明するのに使用されます。

実験の構成により、光子対光源はバンチング光とアンチバンチング光の両方の統計的性質を示します。熱光源の光は典型的なバンチング光の例で、ビームスプリッタの出力間で光子が同時検出される確率はτ ≈ 0で大きくなり、 τ = 0でピークになります。それと対照的に、前述のような理想的な単一光子光源ではアンチバンチング光の特性を示します。しかし、g(2)(τ)の測定を1つのチャンネルのみで行い、もう一方のチャンネルを無視した場合、光源は熱的な統計性を示します。

相関光子対光源SPDC810の電気接続

RS232メス型コネクタ(筐体側)

RS-232 Connector
RS232コネクタで励起レーザに接続できます。
PinDescriptionPin
1Data Carrier Detect (DCD)6Data Set Ready (DSR)
2Receive Data (RXD)7Request to Send (RTS)
3Transmit Data (TXD)8Clear to Send (CTS)
4Data Terminal Ready (DTR)9Ring Indicator (RI)
5Signal Ground (GND)--

M8オス型コネクタ(筐体側)

M8 Connector
12 VDC電源DS12接続用
PinDescription
1Not Connected
2Not Connected
3+12 V
4Ground

ファイバのクリーニング方法

ここでは、ファイバーバルクヘッドやコネクタをクリーニングする方法をご紹介しています。

クリーナFBC250を使用してファイバをクリーニングする方法

ファイバーバルクヘッドのクリーニング


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クリーナFBC250で2.5 mmファイバーバルクヘッドをクリーニングするときは、デバイスからガイドキャップを完全に取り外し、クリーナの先端をバルクヘッドに差しこみます。クリーナのハンドルをLOCKからCLEANの位置に回転させてから、ハンドルをバルクヘッドに向かってゆっくりと押してコネクタークリーニング用の糸を前に出します。クリーニングが終わるとカチッという音がします。2.5 mm SC、ST、FCまたはE2000ファイバーコネクタをクリーニングするときは、ガイドキャップの先端だけ露出させ、クリーナFBC250の先端をコネクタに差しこみます。その後は前述と同様の手順を行います。

カートリッジの交換


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上の写真は新しいカートリッジを取り付けている様子です。表示ウィンドウに緑色のテープが見えたらカートリッジの交換が必要です。クリーナFBC250のカートリッジを取り外すには、ガイドキャップを完全に取り外し、古いカートリッジを強く引っぱってハンドルから取り外します。この最後のステップは慎重に行ってください。

Posted Comments:
Aitor Villar  (posted 2022-02-17 12:07:04.29)
Dear Mr./Mrs., For import/export matters, may I know what would be the Harmonised System Code for this particular device? Thanks a lot.
cdolbashian  (posted 2022-02-24 05:02:44.0)
Thank you for reaching out to us Aitor. The HTS code for the SPDC810 is 9013.20.0000.
Thomas Tsang  (posted 2021-06-08 15:58:08.723)
We recently received our SPDC810 s/n TP02386869 PO # 00000394720 This device does not come with a PC control software other than RS232 driver. We were unable to verify that it is operating nor can we find any control software we can download from ThorLabs. Please advice.
YLohia  (posted 2021-06-09 02:10:21.0)
Hello Thomas, thank you for contacting Thorlabs. We are about to release the software for the SPDC810. It should be available to download on this page soon, but we don't have a set release date at the moment. I've reached out to you directly with a pre-release version of it.
tingting gu  (posted 2021-04-11 20:57:17.22)
1.Hello, are there any single photons with wavelengths between 600 and 700 nanometers? 2.Does this product include a pumped laser? Do I need to buy it separately? 3.Can we control the output velocity of single photon by adjusting the power of laser? 4.Does your company have TCSPC equipment? These devices are used to demonstrate single-photon properties.
YLohia  (posted 2021-04-21 11:42:26.0)
Hello, the output for the SPDC810 is 810 ± 2 nm (nothing between 600-700 nm). These is a turnkey system-- it contains a pump laser. Controlling the velocity of photons (speed of light) is not possible. This cannot be changed by controlling the power of the pump laser. We offer the SPCM20A Single Photon Counter Module, but it does not perform time correlated single photon counting. To make time correlated single photon counting, you would need additional electronics.
Chris Ebbers  (posted 2021-03-09 12:14:50.097)
Could we set up a virtual demo / virtual walkthrough regarding the SPDC 810 nm source? Thank you Chris Ebbers
YLohia  (posted 2021-03-12 04:02:03.0)
Hello again Chris, we will reach out to you directly to discuss this.
Christopher Ebbers  (posted 2021-01-05 12:22:55.733)
1. Is there a manual available online for the SPDC810? 2. Are there any plans to create on of your famous teaching kits which would include the SPDC810, 2 silicon Avalanche photodiodes, beamsplitter, polarizers, & waveplates & manual with 5 or 6 experiments? Thanks in advance
YLohia  (posted 2021-01-06 10:27:56.0)
Thank you for contacting Thorlabs. The manual can be accessed by clicking the red document icon next to the part number or by following this link (https://www.thorlabs.com/_sd.cfm?fileName=TTN209244-D02.pdf&partNumber=SPDC810). We will contact you directly to discuss your request about the educational kit.
CHRISTIAN D'HEM  (posted 2020-12-07 13:00:46.047)
Could you provide a SPDC810 with a Maxpairs/second between 10-100 Mhz (preferably 100) Best regards
YLohia  (posted 2020-12-08 02:48:34.0)
Hello Christian, thank you for contacting Thorlabs. We have reached out to you directly to discuss the feasibility of offering this.
user  (posted 2020-09-05 19:00:59.663)
Is it possible to request a minor tuning of the center wavelength of the source. Specifically, could it be possible to have it at a slightly lower wavelength of 795 or 800nm?
YLohia  (posted 2020-09-08 11:11:32.0)
Thank you for contacting Thorlabs. Our engineers will reach out to you directly to discuss the possibility of offering this.

相関光子対光源

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SPDC810 Support Documentation
SPDC810810 nm Correlated Photon-Pair Source with Integrated Pump Laser
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