Diploma thesis

Contents
1 Overview 1
2 Introduction 3
3 Theory 5
3.1 Three-wave mixing . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5
3.1.1 Sum frequency generation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5
3.1.2 Parametric down conversion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7
3.1.3 Engineering the PDC process . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11
3.2 Pure heralded single photons . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21
3.2.1 Quantum networks and heralding . . . . . . . . . . . . . . . 21
3.2.2 Frequency entanglement of two-photon-states . . . . . . . . . 24
3.3 Generating pure heralded single photons . . . . . . . . . . . . . . . . 26
3.3.1 Spectral filtering . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26
3.3.2 Group velocity matching . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29
3.3.3 Counterpropagating signal and idler fields . . . . . . . . . . . 33
3.3.4 Summary . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 39
4 Experiment 41
4.1 Avalanche photodiodes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 41
4.2 id Quantique id201 APD . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 41
4.2.1 Dark counts . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 42
4.2.2 Afterpulsing . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 42
4.2.3 Remaining pump light in PDC detection . . . . . . . . . . . . 44
4.2.4 Summary . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 45
4.3 Characterization of the waveguide chips . . . . . . . . . . . . . . . . 46
4.3.1 Chip BCT0703-B12 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 46
4.3.2 Chip ITI0706-B12 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 53
4.4 PDC experiments . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 59
5 Conclusion and Outlook 63
A Appendix 65
A.1 Mathematica packages . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 65
i