مناقشة رسالة طالب الدكتوراه فاروق عبد الغفور خليل

نوقشت رسالة طالب الدكتوراه فاروق عبد الغفور خليل/ تطبيقات الليزر / هندسة الكترونيك وإتصالات
عن رسالته الموسومة

Design and Numerical Verification of a Chip-Integrated Single-Photon Source Based on Quantum Plasmonics

“التصميم والتحقيق العددي لمصدر متكامل احادي الفوتون مبنياً على البلازمون الكمي”

حيث تألفت لجنة المناقشة من السادة المدرجة أسمائهم
١_ ا. د. حسين علي جواد / دكتوراه _فيزياء /ليزر / جامعة بغداد/معهد الليزر للدراسات العليا / رئيساً.
٢_أ. د رعد سامي فياض / دكتوراه هندسة كهربائية _ الكترونيك وإتصالات / كلية الهندسة / قسم هندسة الحاسوب / جامعة النهرين / عضواً
٣_ أ. د. جاسم كاظم حمود /دكتوراه هندسة كهربائية _ هندسة الكترونيات بصرية / هندسة الليزر والالكترونيات البصرية / الجامعة التكنولوجية / عضواً
٤_ أ. م. د. تحرير صفاء منصور / دكتوراه_ ليزر / هندسة الكترونية وإتصالات / معهد الليزر للدراسات العليا/ جامعة بغداد/ عضواً
٥_ أ. م. د محمد ناظم عباس / دكتوراه هندسة كهربائية _ نانوتكنولوجي / كلية الهندسة / قسم الهندسة الكهربائية / جامعة بغداد / عضواً
٦_ أ.م. د شيلان خسرو توفيق / دكتوراه / ليزر / هندسة الكترونية وإتصالات / معهد الليزر للدراسات العليا / جامعة بغداد / عضواً ومشرفاً
حيث كان الهدف من الدراسة تصميم ومحاكاة مرسل بلازموني متكامل مصغر احادي الفوتون لمنظومة التجفير الكمي ذا باعث احادي الفوتون لانظمة توزيع المفتاح الكمي المعتمدة على بروتوكول بي بي 84 او البروتوكولات الاخرى المعتمدة على القطبية. تحقق الهدف عن طريق دراسة ثلاث خطوات كالاتي:
١_ محاولة الحصول على فوتونات ذا قطبية محددة عن طريق اقتران الباعث الكمي بدليل موجي هجين.
٢_ التنبؤ بتصرف الانبعاث للباعث الكمي وتاثير محيط الباعث الكمي على خصائص الانبعاث قبل التصنيع العملي. تركز هذه النقطة على تطوير موديل رياضي لحساب معادلة دالة الارتباط من الدرجة الثانية قبل وبعد اقتران الباعث الكمي ببناء نانوي.
٣_ اقتراح طريقة لتصميم مقارن شبكي غير معتمد على القطبية وداعم لاربع حالات منها بكفاءة عالية لاستخراج الفوتونات المنفردة من الدليل الموجي.

وقد تضمنت الرسالة أن تبعث معظم المصادر البلازمونية المتكاملة احادية الفوتون سيلاً من الفوتونات الاحادية غير محددة القطبية. هذه الفوتونات تحتاج الى مرحلة المستقطب في اي نظام عملي يستخدم للتجفير الكمي. لهذا السبب، حددت هذه الاطروحة قطبية الفوتونات المنبعثة عن طريق دراسة ثلاثة مواضيع اساسية.
في البداية، تم استعراض مقارنة الضوء المنبعث من باعث كمي يعمل بطول موجي 700 نانومتر الى نسق الانتشار المدعوم من قبل مدور للقطبية مبني على دليل موجي بلازموني هجين. أثبتت النتائج ان الضوء المنبعث كانت له قطبية خطية بزوايا 0، 45، -45، و 90 درجة باطوال انتشار 5، 3.3، و 3.9 مايكرومتر، على التتابع. علاوة على ذلك، تم الحصول على كفاءة عالية لتحويل القدرة من الضوء المطبق ذا عرضية مغناطيسية (قطبية تعادل 0 درجة) الى عرضية كهربائية (قطبية تعادل 90 درجة) و ضوء ذا قطبية خطية بزاويتين 45/-45 درجة تعادل 97% و 98%، على التتابع. حسّن العمل المقترح معامل الانحدار للباعث الكمي 3 اضعاف تقريبا مع كفاءات انبعاث مقارنة عالية تساوي 88%، 80%، و 87% الى نسق الدليل الموجي للقطبيات 0، 45/-45، و 90 درجة، على التتابع. تمهّد الطريقة المقترحة الطريق للحصول على مصادر بلازمونية متكاملة احادية الفوتون كفوءة، مدمجة، اقل تعقيداً، وذات قطبية محددة. حسب معلومات الباحث، هذه الدراسة هي اول دراسة صممت باعث احادي الفوتون متكامل ذا قطبية محددة ومبني على الدليل الموجي البلازموني المدمج في جهة الباعث لنظام ناقل للمفتاح الكمي محققا قطبية محددة بنفس الطول الموجي للباعث الكمي وبكفاءة استخراج عالية.
ثانياً، تم استعراض الطرق العددية التي تثبت احادية انبعاث الفوتونات من اي باعث كمي بعد اقترانه الى اي بناء نانوي. يعدل معامل برسيل مواصفات الانبعاث للبواعث الكمية كمراكز الالوان في الكرستال النانوي ( فراغات النتروجين وفراغات السليكون) او نقاط اشباه الموصلات الكمية. ان الطريقة العددية المقترحة مبنية على استخدام معاملات الفيزياء الضوئية المختبرية الفريدة الخاصة بكل باعث كمي و برامج التحليل العددي (الماتلاب واداة الكم بوساطة البايثون). اظهرت النتائج تصرف مشابه لدالة الارتباط من الدرجة الثانية بين الطريقة العددية المقترحة وتجربتين عمليتين قبل وبعد اقتران الباعث الكمي الى دليل موجي بلازموني بابعاد دون الطول الموجي. ان الطريقة المقترحة ضرورية لاثبات الانبعاث الاحادي للفوتونات لباعث احادي الفوتون نظريا في نظام توزيع المفتاح الكمي المتكامل المعتمد على القطبية.
اخيرا، تم اقتراح تقنية الطبقات الثنائية لتصميم مشبك مقارن مدمج غير معتمد على القطبية ويدعم اربع حالات للقطبية. تم تصميم المشبك المقارن ليقرن الضوء القطبي ذا الطول الموجي 700 نانومتر المنتشر في دليل موجي مكون من فوسفات الكاليوم بعرض 150 نانومتر الى فايبر محافظ للقطبية. ان تقنية الطبقات الثنائية مبنية على ترسيب مشبكات مكونة من فوسفات الكاليوم مصممة لاقتران الضوء ذا العرضية المغناطيسية فوق مشبكات مكونة من فوسفات الكاليوم مصممة لاقتران الضوء ذا العرضية الكهربائية. تعزل الطبقتان عن بعضهما بطبقة من بولي ميثيل الهيدروجين بعرض مثالي يساوي 20 نانومتر. حققت الطريقة المقترحة كفاءات اقتران عالية نسبيا بحدود 39.2%، 31.1%، و 23.3% للقطبية ذات العرض الكهربائي، المغناطيسي، 45/-45 درجة قطبية خطية، على التتابع. كانت الخسائر المعتمدة على القطبية بحدود 1 ديسبل، 1.26 ديسبل، و 2.26 ديسبل بين ضوء ذا مقطع عرضي كهربائي الى مغناطيسي، مغناطيسي الى قطبي خطي بزاوية 45/-45 درجة، و كهربائي الى قطبي خطي بزاويتين 45/-45 درجة، على التتابع. تم التحقق عدديا من اداء تقنية الطبقات الثنائية باستخدام خوارزمية نظرية العناصر المحدودة ثنائية الابعاد باستخدام برنامج الكومسول. تقترح الطريقة الجديدة المقترحة خوارزمية بسيطة لتصميم مشبك اقتران غير معتمد على القطبية ويدعم اقتران اربع حالات للقطبية ومن الممكن استخدامها في دوائر الاتصالات المتكاملة الكمية والفوتونية.

و من اهم التوصيات التي توصلت اليها الدراسة يمهد الاداء العالي لاقتران الباعث الكمي لدليل موجي هجين بخسائر قليلة وحجم صغير الطريق لتحديثات مستقبلية مقترحة منها:
١_تصميم دليل موجي هجين يدعم عدة اتجاهات للباعث الكمي في داخل الدليل الموجي الهجين بمعامل برسل اعلى.
٢_استخدام البناءات المدببة للحصول على اداء افضل.
٣_دراسة معاملات الفيزياء الضوئية لبواعث كمية غير مركز النتروجين مثلا مركز السليكون، مركز الجرمانيوم، مركز القصدير وغيرها للتنبؤ بدالة الارتباط من الدرجة الثانية لها قبل وبعد اقترانها بالبناء النانوي.
٤_اقتراح تصاميم جديدة للمقارن الشبكي مثلا من الممكن تغيير شكل الحزوز للحصول على كفاءة اقتران اعلى وخسائر قطبية اقل.
٥_دراسة الباعث الكمي الذي يعمل على الطول الموجي 1550 نانومتر.

ولقد نال الباحث على درجة الدكتوراه بتقدير (( إمتياز)) نظراً لما بذله من جهود حقيقية في اعداد الرسالة.