論文の概要: Broadband Parametric Downconversion as a Discrete-Continuum Fano
Interaction
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2009.01457v1
- Date: Thu, 3 Sep 2020 05:33:23 GMT
- ステータス: 処理完了
- システム内更新日: 2023-05-03 23:03:12.049957
- Title: Broadband Parametric Downconversion as a Discrete-Continuum Fano
Interaction
- Title（参考訳）: 離散連続ファノ相互作用としての広帯域パラメトリックダウンコンバージョン
- Authors: Ryotatsu Yanagimoto, Edwin Ng, Marc P. Jankowski, Tatsuhiro Onodera,
Martin M. Fejer, Hideo Mabuchi
- Abstract要約: ファノの離散連続相互作用理論に基づく理論的枠組みを導入する。
離散ポンプ状態と信号連続体とのカップリングにより, 顕著な動的特徴のホストが見いだされる。
このフレームワークはパラメトリック3光子生成などの高次パラメトリックプロセスに適用可能であることを示す。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.0
- License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
- Abstract: We introduce a theoretical framework based on Fano's theory of
discrete-continuum interactions to analyze the quantum dynamics of broadband
parametric downconversion (PDC) in the few-pump-photon regime of nonlinear
quantum nanophotonics. Applying this unified analytic approach to 1D
$\chi^{(2)}$-nonlinear waveguides, we find a host of remarkable dynamical
features due to the coupling of a discrete pump state to the signal continuum,
from unit-efficiency (i.e., complete) downconversion when the coupling is
dissipative, to Rabi-like oscillations with sub-exponential decay when it is
dispersive. The theory provides a straightforward way to analytically compute a
full characterization of the PDC dynamics, including the complete eigensystem
of the continuum Hamiltonian and expressions for the signal biphoton
correlation function. We also apply the theory to study a pair of linearly
coupled $\chi^{(2)}$ waveguides, where two discrete pump states simultaneously
downconvert into a common-mode signal continuum, resulting in Fano interference
that critically affects the PDC rate. Under appropriate conditions, the theory
predicts characteristic Fano lineshapes and even complete destructive
interference resulting in the full suppression of PDC, due to the formation of
a bound pump state in the continuum. Generalizing further, we show that the
framework can also be applied to higher-order parametric processes such as
parametric three-photon generation, and we also find numerical signatures that
Fano-type interactions occur even for multi-photon PDC under stronger pumping.
Our results establish broadband PDC as yet another physical system natively
exhibiting Fano-type interactions and advance a theoretical framework in which
to understand the complicated quantum dynamics of strongly nonlinear broadband
quantum optics.
- Abstract（参考訳）: 本稿では、ファノの離散連続相互作用理論に基づく理論的枠組みを導入し、非線形量子ナノフォトニクスの少数励起光子状態におけるブロードバンドパラメトリックダウンコンバージョン(PDC)の量子力学を解析する。
この統一的な解析手法を1次元$\chi^{(2)}$-非線形導波路に適用すると、離散ポンプ状態と信号連続体との結合、結合が散逸する場合の単位効率(すなわち完全)ダウンコンバージョン、分散時のサブ指数減衰を伴うrabi様振動など、多くの顕著な動的特徴を見いだすことができる。
この理論は、連続ハミルトニアンの全固有系や信号双光子相関関数の式を含むpdcダイナミクスの完全な特性を解析的に計算する簡単な方法を提供する。
また, 2つの離散ポンプ状態が同時にコモンモード信号連続体に逆変換され, pdc速度に致命的な影響を及ぼすファノ干渉が生じる, 線形結合した1対の$\chi^{(2)}$ 導波路の研究にもこの理論を適用した。
適切な条件下では、この理論は特徴的なファノ線形状を予測し、連続体にバウンドポンプ状態が形成されてpdcが完全に抑制されるような完全な破壊干渉さえも予測する。
さらに, パラメトリック3光子生成などの高次パラメトリックプロセスにも適用できることを示すとともに, 多光子pdcにおいてもファノ型相互作用が発生するという数値的なシグネチャを見出した。
この結果は、ファノ型相互作用をネイティブに示す物理系としてブロードバンドPDCを確立し、強く非線形なブロードバンド量子光学の複雑な量子力学を理解するための理論的枠組みを推し進める。
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