PPKTP結晶、SPDC(自発的パラメトリック下方変換)用


  • Periodically Poled Potassium Titanyl Phosphate (PPKTP) Nonlinear Crystals Optimized for Type-0 or Type-II Spontaneous Parametric Down Conversion
  • Drop-In Compatibility with Nonlinear Crystal Ovens
  • Source for Polarization Entangled Photons or Heralded Single Photons from 405 nm or 775 nm Pump Lasers

NLCK1

Mounted PPKTP Crystal, Type-0 SPDC, 405/810 nm

NLCK4

Mounted PPKTP Crystal, Type-II SPDC, 775/1550 nm

NLCH2

Oven for Nonlinear
Crystals up to 30 mm Long

An NLCK1
SPDC crystal is
mounted in an NLCH2 oven to
adjust its temperature for tuning.

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Key Common Specificationsa
MaterialPPKTP (Periodically Poled Potassium Titanyl Phosphate)
Crystal Face Dimensions1.0 mm x 2.0 mm
Clear Aperture> 80% of Crystal Face Area
Crystal Length30.00 mm
Surface Flatnessλ/6 @ 633 nm
Surface Quality10-5 Scratch-Dig
Phase Matching Temperature for Degeneracyb60 °C
  • 詳細は「仕様」タブをご覧ください。
  • 設計波長で励起したときにシグナル光とアイドラ光が同じ波長になる理論的な温度。実際の縮退温度は異なります。

特長

  • 周期分極反転構造を有するチタンリン酸カリウム(PPKTP)結晶を、自発的パラメトリック下方変換(SPDC)用に最適化
    • Type-0またはType-IIのSPDC
    • 405/810 nmまたは775/1550 nm
  • 404.5~406 nm (型番NLCK1、NLCK2)、774~780 nm (型番NLCK3)、または765~785 nm (型番NLCK4)の励起(ポンプ)レーザ用に設計
  • 当社のオーブンNLCH2/M用にカスタマイズされたホルダに取付け済み

Typical Applications

  • サブショットノイズイメージング
  • 2光子干渉
  • 単一光子センサの特性評価
  • 量子鍵配送
  • 量子光学の教育用
  • 伝令付き(Heralded)g(2)測定
  • 吸収分光法
  • 量子計測
  • 導波路の特性評価
  • エンタングル光子源の生成
Polarization Axes for Type-0 SPDC
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Figure 1.1  Type-0 SPDCでは、励起光、シグナル光およびアイドラ光の偏光方向は図の垂直の矢印と一致します。

Polarization Axes for Type-II SPDC
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Figure 1.3  Type-II SPDCにおける励起光、シグナル光およびアイドラ光の偏光方向を示しています。
NLCK1 Mounted in NLCH2
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Figure 1.2  SPDC用結晶NLCK1は、温度制御を行うために非線形結晶用オーブンNLCH2/Mに取付けられています。

当社の自発的パラメトリック下方変換(SPDC)用PPKTP結晶は、Type-0またはType-IIのSPDC用に設計されています。この非線形プロセスでは、エネルギーの高い励起(ポンプ)光の単一光子が、エネルギーと運動量の両方を保存しながら、よりエネルギーの低いシグナル光とアイドラ光の光子ペアに周波数下方変換されます。SPDCは偏光エンタングル光子対の光源として、あるいは伝令付き単一光子源として一般的に使用されています。Type-0のSPDCによって出力されるシグナル光とアイドラ光の偏光方向は、Figure 1.1に示すように励起光の偏光方向と等しくなります。ここでは、励起光、シグナル光およびアイドラ光の偏光方向は全て垂直方向になっています。Type-IIのSPDCによって出力されるシグナル光とアイドラ光の偏光方向は、Figure 1.3に示すように互いに直交しています。SPDCについての詳細は「SPDCチュートリアル」タブをご覧ください。当社では、405 nmまたは775 nmの励起波長でType-0またはType-II のSPDCが可能な結晶をご用意しています。

SPDCは和周波発生(SFG)の逆過程であり、縮退している場合は第2高調波発生(SHG)の逆過程になります。そのため、こちらのPPKTP結晶は、第2高調波発生用に設計された結晶と非常によく似ています。 これらの結晶の周期分極反転構造により、結晶の長さが長くなるほど高い光子発生効率(より多くのシグナル・アイドラ光子数)が得られますが、一方で光子の波長と位置の相関が不明瞭になります。SPDCに最適化されたPPKTP結晶の長さはそれぞれ30.00 mmです。周期分極反転とSPDC用結晶の設計に関する詳細は、「SPDCチュートリアル」タブをご覧ください。

各結晶には、励起光、シグナル光、およびアイドラ光の全波長において低反射率(<0.5%)となるような反射防止(AR)コーティングが施されています。ARコーティングの性能については、「仕様」タブのグラフをご覧ください。

励起光子とシグナル・アイドラ光子を分離するために(特にコリニアSPDCの場合)、光学濃度の高いロングパスフィルタをご使用ください。10以上の光学濃度が推奨されますが、この濃度は一般に1枚のフィルタでは得られません。405/810 nmの結晶では可視(VIS)~近赤外(NIR)域のシグナル光子とアイドラ光子を生成しますが、この波長域ではシングルフォトン検出モジュールSPDMAなどが単一光子の実用的な検出器です。775/1550 nmの結晶で生成されるSPDC光子を検出するには、近赤外(NIR)~中赤外(MIR)域で動作するシングルフォトン検出器が必要になります。

取付けと温度制御
各結晶は、幅21.0 mm、長さ31.0 mm、高さ9.8 mmの筐体に取り付けられており、1.0 mm x 2.0 mmの結晶面の80%以上が有効な開口面になっています。これらの結晶は長いため、SPDCの効率には温度が重要な役割を果たします。当社では、これらのマウント付きPPKTP結晶をドロップインで容易に取り付けられるように設計された非線形結晶用オーブンNLCH2/M(下記参照)をご用意しています(Figure 1.2参照)。これを用いて結晶の温度を一定に保つことで、一定の効率的なSPDC光子生成を実現できます。各PPKTP結晶は、60 °Cにおいて設計波長の励起光で励起したときに縮退SPDCが得られるように最適化されているため、通常は使用するときにオーブンが必要です。これ以外の温度でもSPDC光は生成できますが縮退はしません。励起波長を調整して縮退状態に近づけたり遠ざけたりすることもできます。入射光波長と要求されるSPDC出力光の波長に応じて、結晶の温度を調整してわずかに異なる励起波長で縮退させたり、縮退させずに2つの異なる波長のSPDC光子を生成したりすることができます。SPDCの温度依存性と調整についての詳細は、「SPDCチュートリアル」タブをご覧ください。当社のすべてのPPKTP結晶の温度依存性についての詳細は、「仕様」タブをご覧ください。

使用方法および取扱い方法
PPKTP結晶は傷つきやすいため、常に手袋を装着して慎重に取り扱ってください。湿度の高い環境など、周囲の過剰な水分から保護する必要があります。高湿度の環境では、乾燥剤の使用は結晶の寿命を延ばすうえで有用です。埃の除去は、必要に応じて清潔で乾燥した空気を軽く吹きかけるだけにすることをお勧めします。手順は、光学素子の取扱いについてのチュートリアルにおける「光学素子の表面から異物等を吹き飛ばす」のセクションで詳しく説明されています。

Item #NLCK1NLCK2NLCK3NLCK4
MaterialPeriodically Poled Potassium Titanyl Phosphate (PPKTP)
Crystal Length30.00 mm
Crystal Length Tolerance±0.05 mm
Poling Period3.400 μm9.925 μm24.650 μm46.025 μm
Phase Matching Temperature for Degeneracy60 ± 10 °C
Max Operating Temperature120 °C180 °C
ApplicationType-0 SPDCType-II SPDCType-0 SPDCType-II SPDC
Pump Wavelength at 60 °C405 nm775 nm
Signal/Idler Wavelength at 60 °C810 nm1550 nm
Temperature Tuning SensitivityaIconIconIconIcon
AR Coating, Entrance Face, 0° AOIR < 0.5% at 405 and 810 nmR < 0.5% at 775 and 1550 nm
AR Coating CurvesIcon
Raw Data
Icon
Raw Data
Aperture Size1.0 mm x 2.0 mm
Clear Aperture> 80% of Aperture Size
Mounted Height (Bottom to Crystal Center)5.0 mm
Surface Quality10-5 Scratch-Dig
Surface Flatnessλ/6 @ 633 nm
  • これらのグラフは理論計算値を示しており、調整の際のガイドとしてご利用いただくためのものです。実際の数値は使用方法の詳細に依存します。
Physical and Optical Properties
MaterialPeriodically Poled Potassium Titanyl Phosphate (PPKTP)
Crystal StructureOrthorhombic mm2
Transparency Range350 - 4000 nm
Second-Order Nonlinear Coefficientsad15 = 1.95 pm/V
d24 = 3.9 pm/V
d31 = 1.95 pm/V, d32 = 3.9 pm/V, d33 = 15.3 pm/V
Nonlinear Refractive Index (Kerr Index)b1.2 x 10−19 m2/W @ 780 nm
Sellmeier CoefficientsnycSellmeier PPKTP n_y
nzdSellmeier PPKTP n_z
Temperature DependenceeTemperature Dependence of Refractive Indices
Mohs Hardness5 Mohs
Density3 g/cm3

自発的パラメトリック下方変換の実験セットアップ

Second Harmonic Generation Setup
Figure 3.1  この図は、レーザL405A1からの405 nmの出力光によって生成される、自発的パラメトリック下方変換(SPDC)光子の数を測定するためのセットアップ例を示しています。レーザの出力光は、60 °Cに温度安定化された非線形結晶用オーブンNLCH2(/M)内に取り付けられたType-0の SPDC用結晶を通過します。 全てのアライメント調整ができるように、オーブンを5軸ステージPY005(/M)に取り付けることをお勧めします。直線偏光のビームは、レンズA230-Aでコリメートし、LA1484-Aで結晶に集光しています。SPDC出力光はダイクロイックミラーDMSP567で反射し、励起光はビームブロックで遮断しています。反射ビーム中にわずかに残った励起光は、ロングパスフィルタFGL715Mでフィルタリングしています。フィルタリングされたSPDC光子は、シングルフォトンディテクタSPDMAで検出します。SPDC用実験セットアップについてのその他の情報は、量子光学用教育キットのページをご覧ください。

Spontaneous Parametric Down Conversion and Phase Matching

Spontaneous Parametric Down Conversion (SPDC) is a common process for generating correlated photon pairs. In SPDC, a single pump photon generates two photons inside a nonlinear crystal, conserving both energy and momentum. These photons are created virtually simultaneously, so that one of the photons can be used to signal the existence of the other, making it possible to perform measurements on single photons. For this reason, the signal and idler photons are referred to as a herald (or heralding) and heralded photon. Additionally, degenerate type-II SPDC can be used to create polarization entangled photon pairs.

Optimizing for SPDC in our PPKTP crystals requires choosing a crystal appropriate to the wavelength of the pump laser and the appropriate temperature for the desired down conversion process. Tuning curves for each crystal offered are provided by the graphs in the Specs tab. Additional information and background, which can be helpful for interpreting the graphed data as well as more effectively using nonlinear crystals to generate down converted photons, is included in the expandable sections below. Information specific to our PPKTP crystals can be found in the section below titled How is the SPDC process tuned in periodically poled nonlinear crystals?

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PPKTP結晶、SPDC用:励起光波長405 nm、シグナル光・アイドラ光波長810 nm

Key Specifications for SPDC Applicationsa
Item #NLCK1NLCK2
Crystal Length30.00 mm
Max Operating Temperature120 °C
ApplicationType-0 SPDCType-II SPDC
AR Coating (AOI = 0°)R < 0.5% at 405 and 810 nm
AR Coating CurveIcon
Raw Data
Pump Wavelength (2ω)T = 60 °C405 nm
SPDC Signal / Idler Wavelength (1ω)T = 60 °C810 nm
  • 仕様の詳細は「仕様」タブをご参照ください。
  • 405 nmおよび810 nmのARコーティングが施されたマウント済みの結晶
  • 60 °Cで励起光波長405 nmに対して810 nmのシグナル光・アイドラ光が得られるようにカット

こちらのPPKTP結晶は、中心波長405 nmの入射ビームから、Type-0またはType-IIの位相整合で810 nmのSPDC光が得られるように設計されています。60 °Cで縮退したSPDC光が得られるように設計されており、温度は非線形結晶用オーブン NLCH2/M(下記にて別売り)内に取り付けることで制御できます。励起レーザ光の波長が約404.5~406 nmの範囲内であれば、温度を60 °Cから少し変えて微調整することで、縮退SPDC光を生成することができます。温度調整についての詳細は「仕様」タブをご覧ください。これらの結晶の長さは30.00 mmで、励起およびシグナル・アイドラの各波長で表面反射が低減するようにARコーティングが施されています。このマウント付き結晶は、ナノ秒パルスレーザのNPL41Bのほか、半導体レーザのL405A1DL5146-101Sなど、405 nmの出力光が得られるレーザを用いて励起することができます。

+1 数量 資料 型番 - ユニバーサル規格 定価(税抜) 出荷予定日
NLCK1 Support Documentation
NLCK1NEW!Mounted PPKTP Crystal, 30 mm Length, 3.400 µm Poling Period, 405/810 nm Type-0 SPDC
¥779,859
7-10 Days
NLCK2 Support Documentation
NLCK2NEW!Mounted PPKTP Crystal, 30 mm Length, 9.925 µm Poling Period, 405/810 nm Type-II SPDC
¥779,859
7-10 Days

PPKTP Crystals for SPDC: 775 nm Pump and 1550 nm Signal/Idler

Key Specifications for SPDC Applicationsa
Item # NLCK3 NLCK4
Crystal Length 30.00 mm
Max Operating Temperature 180 °C
Application Type-0 SPDC Type-II SPDC
AR Coating (AOI = 0°) R < 0.5% at 775 and 1550 nm
AR Coating Curve Icon
Raw Data
Pump Wavelength (2ω) T = 60 °C 775 nm
SPDC Signal / Idler Wavelength (1ω) T = 60 °C 1550 nm
  • See the Specs tab for complete specifications.
  • Mounted Crystal with Antireflection (AR) Coating for 775 nm and 1550 nm
  • Cut for a 775 nm Pump Wavelength and 1550 nm Signal/Idler Wavelength at 60 °C

These PPKTP crystals are designed to produce 1550 nm type-0 or type-II SPDC emission from an input beam with a center wavelength of 775 nm. They are designed for degenerate SPDC at 60 °C and can be temperature-controlled by mounting in an NLCH2(/M) nonlinear crystal oven, sold separately below. Tuning the temperature away from 60 °C can accomodate degenerate SPDC with a range of pump laser wavelengths from approximately 774 - 780 nm for Item # NLCK3 or 765 -785 for Item # NLCK4, see the Specs tab for temperature tuning details. These crystals are 30.00 mm long and feature an AR coating to reduce surface reflections at the pump and signal/idler wavelengths. This mounted crystal can be pumped with lasers at around 775 nm such as our DBR780PN distributed Bragg reflector laser or our L780P010 diode laser.

+1 数量 資料 型番 - ユニバーサル規格 定価(税抜) 出荷予定日
NLCK3 Support Documentation
NLCK3NEW!Mounted PPKTP Crystal, 30 mm Length, 24.650 µm Poling Period, 775/1550 nm Type-0 SPDC
¥779,859
7-10 Days
NLCK4 Support Documentation
NLCK4NEW!Mounted PPKTP Crystal, 30 mm Length, 46.025 µm Poling Period, 775/1550 nm Type-II SPDC
¥779,859
7-10 Days

非線形光学結晶用オーブン

Specifications
Item #NLCH2(/M)
Crystal LengthUp to 30.00 mm
Max Operating Temperature200 °C
Clear ApertureØ0.18" (4.6 mm)a
Beam Height1.00" (25.4 mm)
Operating Voltage24 V
Electrical Connection6-Pin Female Hiroseb
Dimensions (H x W x D) 1.87" x 2.51" x 2.50"
(47.4 mm x 63.8 mm x 63.5 mm)
Weight0.27 kg
Recommended ControllercTC300B
  • SM05ネジ付きプラグを取り外したときの開口径はØ12.7 mm(Ø1/2インチ)
  • 型番HR10CAB1(付属品)と型番HR10AD1の接続が可能
  • 別売り(下記参照)
  • 周囲温度から200 °Cまで加熱可能
  • 上記の非線形結晶PPKTPに対応
  • 長さ30 mmまでの結晶の取付けが可能
  • TC300B(別売り、下記参照)のような温度コントローラが別途必要
NLCH2 Oven Cover and Screws
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Figure G3.1  オーブン上面の4本のネジを外してカバーを開くと、ヒーターデッキにアクセスできます。
NLCH2 Interior Screws
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Figure G3.2  内部の2本のネジを外すと、オーブン内に非線形結晶を取り付けることができます。

この非線形結晶用オーブンNLCLH2/Mは、上記の非線形PPKTP結晶の温度を制御して安定化するように設計されています。PPKTP結晶を取り付けるには、まずFigure G3.1に示す4本のM2.5 x 0.45キャップスクリュを外し、オーブンのカバーを取り外します。続いて、Figure G3.2に示すオーブン内の2本のネジも外します。次に、結晶をオーブン内に置き、オーブン内の2本のØ2.0 mm位置決めピンに合わせます。最後に、先にオーブン内部から外した2本のキャップスクリュを使って結晶を固定します。

各オーブンの前面と背面には4つの#4-40ネジ穴があります。これらを用いて当社の30 mmケージシステムに取り付けられるため、光路に簡単に組み込むことができます。オーブンは当社の5軸ステージPY005/Mに直接取り付けることもできます。その際は、オーブン底面の2つのØ3.2 mm位置決めピン用穴(位置決めピンは付属していません)とステージ中央のM4ザグリ穴を使用します。オーブンを使用するには、当社のTC300B(別売り、下記参照)などの温度コントローラと、それに付属する6ピンHiroseコネクタの付いた接続用ケーブルが必要です。非線形結晶用オーブンについての詳細は製品紹介ページをご参照ください。

+1 数量 資料 型番 - ミリ規格 定価(税抜) 出荷予定日
NLCH2/M Support Documentation
NLCH2/MNEW!非線形光学結晶用オーブン、長さ20 mmと30 mmの結晶用(ミリ規格)
¥227,215
7-10 Days
+1 数量 資料 型番 - インチ規格 定価(税抜) 出荷予定日
NLCH2 Support Documentation
NLCH2NEW!非線形光学結晶用オーブン、長さ20 mmと30 mmの結晶用(インチ規格)
¥227,215
7-10 Days

ヒーター温度コントローラ(温度調節器)

Key Specificationsa
Output Power per Channel48 W (Max)
Output Current per Channel2 A (Max)
Output Voltage per Channel24 V (Max)
Temperature Setting Range-200 to 400 °Cb
Set Point Resolution0.1 °C / 0.001 °Cc
Temperature Stability±0.1 °C
Output Connector TypeHirose HR10A-7R-6S(73)
USB InterfaceUSB 2.0 Type-B
Power Supply100 - 240 VAC, 50 - 60 Hz, 165 VA Max
Operating Temperature0 - 40 °C
Storage Temperature-15 - 65 °C
Dimensions (H x W x D) 86.6 mm x 154.3 mm x 327.8 mm
(3.41” x 6.07” x 12.91”)
Weight1.7 kg
  • 仕様の詳細は製品紹介ページをご覧ください。
  • センサに依存します。
  • 分解能0.001 °CはNTCサーミスタを必要とする高分解能モード時のみ
  • 温度制御の範囲:-200 °C~400 °C
  • 単独操作またはソフトウェアによるPC制御
  • プログラム可能なオートチューニング機能付きPID設定

ヒータ&TEC温度コントローラTC300Bは、48 Wまでの抵抗加熱素子および熱電冷却デバイス(TEC)を制御できる、2チャンネルのベンチトップ型コントローラです。上記の非線形結晶用オーブンに対しては、周囲温度から200 °Cまでの温度制御用にご使用いただけます。最高温度と電流/電圧リミット値はお客様ご自身で設定することができ、それにより接続した加熱素子のオーバーヒートやオーバードライブを防止できます。そのほかの安全機構として、温度センサが接続されていない時や断線している時にドライバをシャットダウンする、オープンセンサーアラームなどが付いています。

シンプルなキーパッドインターフェースを用いて単独で操作することが可能ですが、付属のUSB Type Bのケーブルを介してPCに接続し、TC300B用ソフトウェア、LabVIEW®*ドライバ、 LabWindowsドライバ、または簡単なコマンドラインインターフェイスを用いて制御することもできます。

コントローラTC300Bの機能についての詳細は、製品紹介ページをご覧ください。

*LabVIEW®はNational Instruments社の登録商標です。

+1 数量 資料 型番 - ユニバーサル規格 定価(税抜) 出荷予定日
TC300B Support Documentation
TC300Bヒータ&TEC温度コントローラ(温度調節器)
¥155,428
Today