陳彥宏

在本論文中，透過基因演算法(Genetic algorithm, GA)設計一非週期晶疇極化反轉之鈮酸鋰結構(Aperiodically poled lithium niobite, APPLN)，並套用在鈦擴散波導之結構中，此結構包含產生光子對的自發參量下轉換(Spontaneous parametric down-conversion, SPDC)，以及寬頻之電光偏振模態耦合器(Electro-optical polarization mode converter, EO-PMC)，而產生的光子對為正交偏振(Type-II)，再利用電光偏振模態耦合器將此正交偏振之光子對轉換成互為相反偏振之狀態，藉此消除光子在晶片內部傳遞所造成的時間延遲，進而達成單一結構同時進行兩種非線性轉換過程，在模擬上使用基因演算法來優化結構，其全域之搜索能力佳，自由度較大，再利用半導體製程的方法實際製作出此晶片，隨後進行量測。 　　首先進行空間模態量測，以及古典之倍頻(Second harmonic generation, SHG)量測與電光偏振模態耦合器量測，本研究中，利用鈦擴散波導上之20mm之非週期極化反轉之結構，在相位匹配溫度為95°C時，倍頻產生之波峰值為1571.2nm，當施加y方向上電壓為60伏特時，電光偏振模態耦合器轉換之波長範圍為1564.1~1574.6nm，在波長重疊之處其轉換效率可達96%，於此證明在古典量測中兩者可重疊；接著進行量子之巧合計數(Coincidence counting)量測以及Hong-Ou-Mandel干涉實驗，並確認自發參量下轉換之信號與閒置頻譜在溫度為107°C時，兩者波峰約為1569nm幾乎疊合後，進行雙光子干涉量測，本實驗得出其可見度為82.3%±1.7%，結果顯示光子有良好的干涉程度，最後使古典量測電光偏振模態耦合器的結果與自發參量下轉換兩者進行整合，將下轉換產生的偏振正交光子對利用電光偏振模態耦合器調製其偏振以消除兩個偏振光因折射率不同而在晶體內部產生的時間延遲，並透過實驗得以驗證。 未來在晶體結構上可做進一步改善，將重新設計波導線寬給定一個範圍，並可配合目前擁有的雷射光源，使自發參量下轉換與電光偏振模態耦合器可在波長約為1569nm處重疊，達到利用單一晶片即能產生一對偏振糾纏之光子對。