Semiconductor quantum dots (QDs) are prime candidates for single and entangled photon sources in quantum information technologies due to their unique optical properties. This thesis investigates the development of QD sources operating at the telecom C-band ---around 1550 nm---, a critical aspect for long-distance applications in optical fibers. The research focuses on the design and optimization of InAs/GaAs QDs for efficient single photon emission within the telecom C-band. This thesis delves into the optimization of the quantum dot environment, by etching its matrix as a microlens (ML). The design process utilizes both simulations and lab fabrication techniques to achieve a source with high single photon throughput, a key requirement for quantum key distribution (QKD). To achieve this, the design optimizes factors such as material growth techniques, device structures, and microlens array configuration to enhance light collection efficiency by a microscope objective and Purcell effect for higher single-photon emission rate. The optimized microlens geometries, particularly the Gaussian and hemispherical shapes, significantly enhanced light extraction efficiency by the objective, achieving up to 40\% and 35\% respectively. The combined fabrication techniques of FIB milling, photolithography, and dry etching resulted in upgraded optical properties and minimal scattering in the microlenses. Furthermore, this work builds upon previous research conducted at the Royal Institute of Technology (KTH). The Quantum Nano Photonics (QNP) group successfully employed QDs to generate entangled photon states. This thesis extends this research by focusing on the design and optimization of a telecom C-band QD source suitable for long-distance transmission through existing fiber optic infrastructure over the Greater Stockholm Metropolitan Area, i.e. between the QNP-group lab at KTH AlbaNova campus and Ericsson HQ, in Kista, Stockholm. The feasibility of such transmission is explored by demonstrating the transmission of single photons from a QD source in the QNP lab at KTH to Ericsson's lab. This thesis contributes to the advancement of QD-based telecom C-band photon sources for future quantum communication networks, with a specific focus on microlens design and fabrication for enhanced single-photon emission efficiency. / Halvledarkvantprickar (QD) är utmärkta kandidater för enstaka och sammanflätade fotonkällor i kvantinformationsteknik på grund av deras unika optiska egenskaper. Denna avhandling undersöker utvecklingen av QD-källor som strålar på telekom C-band ---cirka 1550 nm---, en kritisk aspekt för långdistansapplikationer i optiska fiber. Forskningen fokuserar på design och optimering av InAs/GaAs QDs för effektiv emission av enstaka fotoner inom telekom C-bandet. Denna avhandling fördjupar sig i utformningen av kvantprickarkällan, med hjälp av en mikrolins (ML) array. Designprocessen använder både simuleringar och tillverkningstekniker för att uppnå en källa med hög enfotonrenhet, ett viktigt krav för kvantnyckeldistribution (QKD). För att uppnå detta optimerar designen faktorer som materialtillväxttekniker, enhetsstrukturer och mikrolinskonfiguration för att förbättra ljusinsamlingseffektiviteten och Purcell-effekten för ljusare och snabbare emission av enstaka fotoner. De optimerade mikrolinsgeometrierna, särskilt de gaussiska och halvsfäriska formerna, förbättrade avsevärt ljusextraktionseffektiviteten och nådde upp till 40\% respektive 35\%. De kombinerade tillverkningsteknikerna FIB-fräsning, fotolitografi och torretsning resulterade i uppgraderade optiska egenskaper och minimal spridning i de mikrolinserna. Vidare bygger detta arbete på tidigare forskning som bedrivits vid Kungliga Tekniska Högskolan (KTH). Quantum Nano Photonics-gruppen (QNP) använde framgångsrikt QD för att generera sammanflätade fotontillstånd. Denna avhandling utvidgar denna forskning genom att fokusera på design och optimering av en telekom C-band QD-källa lämplig för långdistansöverföring genom befintlig fiberoptisk infrastruktur över Storstockholmsområdet, dvs. mellan QNP-gruppens labb på KTH AlbaNova campus och Ericssons huvudkontor i Kista, Stockholm. Genomförbarheten av sådan överföring undersöks genom att demonstrera överföringen av enstaka fotoner från en QD-källa i QNP-labbet på KTH till Ericssons labb. Denna avhandling bidrar till utvecklingen av QD-baserade C-bandsfotonkällor för framtida kvantkommunikationsnätverk, med ett specifikt fokus på mikrolinsarraydesign för förbättrad renhet och emissionseffektivitet för enskilda fotoner. Arbetet bygger på tidigare forskning om generering av kvantsammanflätning och banar väg för säkra kvantkommunikationsnätverk över långa avstånd.

Neste trabalho foi realizado um levantamento GPR 4D em laboratório no qual foi simulado o vazamento de óleo de uma ETD - Estação de Transmissão e Distribuição de Energia Elétrica. Os estudos consistiram em derramar 15 litros de óleo em três experimentos: tanque contendo areia seca, tanque contendo areia úmida mais gradiente hidráulico e tanque contendo areia úmida. Em todos os experimentos o objetivo foi detectar a pluma de contaminação e avaliar a migração desse óleo com o tempo. Os dados GPR 4D foram adquiridos utilizando-se uma antena blindada de 400 MHz modelo SIR-3000 equipamento da GSSI. O monitoramento no tempo de aquisição dos dados variou de 2 minutos até 12 dias. No experimento com o tanque preenchido com areia seca não foi possível determinar a pluma de contaminação devido ao baixo contraste entre as propriedades físicas do meio e a pluma contaminante. No experimento em que o tanque foi preenchido com areia úmida e havia a presença de um gradiente hidráulico, foi possível determinar a migração da pluma de contaminação a partir do 5º dia. Para finalizar, o 3º experimento onde o tanque estava cheio de areia úmida também não foi possível identificar a pluma, devido ao baixo contraste entre as propriedades físicas. Nesta pesquisa também foram realizadas modelagens numéricas 2D utilizando o método FDTD, onde foram simulados os três experimentos, considerando posições intermediárias da pluma de contaminação em função do tempo. Os resultados das modelagens foram concordantes com os resultados obtidos com dados reais e ajudaram a definir o padrão de reflexão da pluma contaminante. Os promissores resultados indicam que a determinação efetiva da pluma contaminante de óleo numa ETD é possível desde o meio que esteja saturado com água. Portanto, para garantir o sucesso das pesquisas GPR para fins de mapeamento e delineamento de plumas de contaminação em ETDs recomenda-se que a aquisição dos dados seja feita após um período de chuvas. / In this work a 4D GPR survey was accomplished in a laboratory in which a oil leak from a ETD Estação de Transmissão e Distribuição of electric energy was simulated. The studies consisted in an oil spill (15 liters) in three different experiments: i) tank containing dry sand, ii) tank containing wet sand with a hydraulic gradient and iii) tank containing wet sand. In all experiments the objective was detect the contamination plume and evaluate the migration of the oil with the time. The 4D GPR data was acquired using a shielded antenna of 400 MHz model SIR-3000 of the GSSI equipment. The time monitoring of the data acquisition ranged from 2 minutes up to 12 days. In the experiment-1 with the tank filled with dry sand wasnt possible to determine the plume contamination due to the low contrast of the physical properties between the environment and the plume. In the experiment-2 where the tank filled with the dry sand in the presence of a hydraulic gradient, was possible to determine the migration of the plume from the fifth day. Finally, the experiment-3 where the tank was filled with wet sand wasnt possible to identify the plume, due to the low contrast between the physical properties. This research also conducted 2D numerical modeling using the FDTD method, where the three experiments were simulated, considering intermediary positions of the contamination plume with respect with time. The results of the modeling were consistent with the results obtained with real data and helped to define a pattern of reflection of the contamination plume. The promising results indicate that the effective determination of the contaminating plume of oil in an ETD is possible provided that the environment be saturated with water. Therefore, to guarantee the success of researches with GPR for mapping and delineation of contamination plumes in ETDs its recommended that the data acquisition be realized in the rainy season.

Neste trabalho foi realizado um levantamento GPR 4D em laboratório no qual foi simulado o vazamento de óleo de uma ETD - Estação de Transmissão e Distribuição de Energia Elétrica. Os estudos consistiram em derramar 15 litros de óleo em três experimentos: tanque contendo areia seca, tanque contendo areia úmida mais gradiente hidráulico e tanque contendo areia úmida. Em todos os experimentos o objetivo foi detectar a pluma de contaminação e avaliar a migração desse óleo com o tempo. Os dados GPR 4D foram adquiridos utilizando-se uma antena blindada de 400 MHz modelo SIR-3000 equipamento da GSSI. O monitoramento no tempo de aquisição dos dados variou de 2 minutos até 12 dias. No experimento com o tanque preenchido com areia seca não foi possível determinar a pluma de contaminação devido ao baixo contraste entre as propriedades físicas do meio e a pluma contaminante. No experimento em que o tanque foi preenchido com areia úmida e havia a presença de um gradiente hidráulico, foi possível determinar a migração da pluma de contaminação a partir do 5º dia. Para finalizar, o 3º experimento onde o tanque estava cheio de areia úmida também não foi possível identificar a pluma, devido ao baixo contraste entre as propriedades físicas. Nesta pesquisa também foram realizadas modelagens numéricas 2D utilizando o método FDTD, onde foram simulados os três experimentos, considerando posições intermediárias da pluma de contaminação em função do tempo. Os resultados das modelagens foram concordantes com os resultados obtidos com dados reais e ajudaram a definir o padrão de reflexão da pluma contaminante. Os promissores resultados indicam que a determinação efetiva da pluma contaminante de óleo numa ETD é possível desde o meio que esteja saturado com água. Portanto, para garantir o sucesso das pesquisas GPR para fins de mapeamento e delineamento de plumas de contaminação em ETDs recomenda-se que a aquisição dos dados seja feita após um período de chuvas. / In this work a 4D GPR survey was accomplished in a laboratory in which a oil leak from a ETD Estação de Transmissão e Distribuição of electric energy was simulated. The studies consisted in an oil spill (15 liters) in three different experiments: i) tank containing dry sand, ii) tank containing wet sand with a hydraulic gradient and iii) tank containing wet sand. In all experiments the objective was detect the contamination plume and evaluate the migration of the oil with the time. The 4D GPR data was acquired using a shielded antenna of 400 MHz model SIR-3000 of the GSSI equipment. The time monitoring of the data acquisition ranged from 2 minutes up to 12 days. In the experiment-1 with the tank filled with dry sand wasnt possible to determine the plume contamination due to the low contrast of the physical properties between the environment and the plume. In the experiment-2 where the tank filled with the dry sand in the presence of a hydraulic gradient, was possible to determine the migration of the plume from the fifth day. Finally, the experiment-3 where the tank was filled with wet sand wasnt possible to identify the plume, due to the low contrast between the physical properties. This research also conducted 2D numerical modeling using the FDTD method, where the three experiments were simulated, considering intermediary positions of the contamination plume with respect with time. The results of the modeling were consistent with the results obtained with real data and helped to define a pattern of reflection of the contamination plume. The promising results indicate that the effective determination of the contaminating plume of oil in an ETD is possible provided that the environment be saturated with water. Therefore, to guarantee the success of researches with GPR for mapping and delineation of contamination plumes in ETDs its recommended that the data acquisition be realized in the rainy season.