Spectral characterization of a photon-pair source using a common-path birefringent interferometer

Spontaneous Parametric Down Conversion (SPDC) is a nonlinear optical process first observed by researchers at the NASA Electronics Research Center in 1970, by virtue of which a classical field impinging on a nonlinear crystal generates two single photons. It is a process of particular importance in quantum optics as in the decades following its discovery it has become one of the most reliable and efficient source of single photons. This has great interest in the field of quantum technologies. For instance, it has became fundamental in the development of advanced secure communications, quantum computation and quantum simulation. The ability to engineer these sources is crucial for their applications. In order to do so, it is mandatory to characterize every degree of freedom of the emitted photons. This work focuses on the spectral properties of the source. In particular, I applied a Fourier-transform spectroscopy method relying on birefringent common-path interferometers. The developed technique enables a complete characterization of the joint spectral properties of the photons emitted by a SPDC source.

La Spontaneous Parametric Down Conversion (SPDC) è un processo ottico non lineare, osservato per la prima volta dai ricercatori del NASA Electronics Research Center nel 1970, nel quale un campo classico incidente su un cristallo nonlineare genera due singoli fotoni. È un processo di particolare importanza nell'ottica quantistica in quanto nei decenni successivi alla sua scoperta è diventato una delle fonti più affidabili ed efficienti di singoli fotoni. Questi ultimi rivestono grande interesse nel campo delle tecnologie quantistiche. Ad esempio, sono diventati fondamentale nello sviluppo di comunicazioni sicure di tipo avanzato, del calcolo quantistico e delle simulazioni quantistiche. La capacità di ingegnerizare tali sorgenti di singoli fotoni è cruciale per le loro applicazioni. A tale scopo è necessario caratterizzare ciascun grado di libertà dei fotoni emessi. Questa tesi si concentra sulle proprietà spettrali della sorgente. In particolare, ho applicato un metodo di spettroscopia in trasformata di Fourier basato su interferometri birifrangenti common-path. La tecnica sviluppata consente una completa caratterizzazione delle proprietà spettrali congiunte dei fotoni emessi dalla sorgente SPDC.