論文の概要: Using the Autler-Townes and ac Stark effects to optically tune the
frequency of indistinguishable single-photons from an on-demand source
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2201.03020v2
- Date: Thu, 25 Aug 2022 03:21:23 GMT
- ステータス: 処理完了
- システム内更新日: 2023-03-01 21:50:12.654912
- Title: Using the Autler-Townes and ac Stark effects to optically tune the
frequency of indistinguishable single-photons from an on-demand source
- Title（参考訳）: autler-townesとac stark効果を用いたオンデマンド音源からの識別不能単一光子の周波数の光学的調整
- Authors: Chris Gustin, {\L}ukasz Dusanowski, Sven H\"ofling, Stephen Hughes
- Abstract要約: 3段ラダーシステムの上段ラグとほぼ共振するコヒーレント光ドライブについて述べる。
光学キャビティを用いて、これらの負の効果を緩和して、所望の光子の収集率を高める方法を示す。
我々は、優れた単一光子源であることが証明された半導体量子ドットに対して、我々の一般理論を適用した。
- 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 describe how a coherent optical drive that is near-resonant with the upper
rungs of a three-level ladder system, in conjunction with a short pulse
excitation, can be used to provide a frequency-tunable source of on-demand
single photons. Using an intuitive master equation model, we identify two
distinct regimes of device operation: (i) for a resonant drive, the source
operates using the Autler-Townes effect, and (ii) for an off-resonant drive,
the source exploits the ac Stark effect. The former regime allows for a large
frequency tuning range but coherence suffers from timing jitter effects, while
the latter allows for high indistinguishability and efficiency, but with a
restricted tuning bandwidth due to high required drive strengths and detunings.
We show how both these negative effects can be mitigated by using an optical
cavity to increase the collection rate of the desired photons. We apply our
general theory to semiconductor quantum dots, which have proven to be excellent
single-photon sources, and find that scattering of acoustic phonons leads to
excitation-induced dephasing and increased population of the higher energy
level which limits the bandwidth of frequency tuning achievable while retaining
high indistinguishability. Despite this, for realistic cavity and quantum dot
parameters, indistinguishabilities of over $90\%$ are achievable for energy
shifts of up to hundreds of $\mu$eV, and near-unity indistinguishabilities for
energy shifts up to tens of $\mu$eV. Additionally, we clarify the
often-overlooked differences between an idealized Hong-Ou-Mandel two-photon
interference experiment and its usual implementation with an unbalanced
Mach-Zehnder interferometer, pointing out the subtle differences in the
single-photon visibility associated with these different setups.
- Abstract（参考訳）: 短パルス励起とともに,三段ラダー系の上段ラグとほぼ共振するコヒーレント光ドライブを用いて,オンデマンド単一光子の周波数可変特性を実現する方法について述べる。
直感的なマスター方程式モデルを用いて、デバイス操作の2つの異なるレジームを識別する。
i)共振駆動の場合、ソースはAutler-Townes効果を用いて動作し、
(ii) オフ共振駆動の場合、ソースは ac Stark 効果を利用する。
前者は大きな周波数調整範囲を許すが、コヒーレンスはタイミングジッタ効果に悩まされ、後者は高い不明瞭性と効率を許容するが、高要求の駆動強度とデチューニングのために制限されたチューニング帯域を持つ。
光学キャビティを用いて、これらの負の効果を緩和して、所望の光子の収集率を高める方法を示す。
我々は, 単一光子源として優れた半導体量子ドットに一般理論を適用し, 音響フォノンの散乱は励起誘起の劣化と高エネルギーレベルの人口増加を招き, 周波数調整の帯域幅を制限し, 高い不明瞭性を維持している。
それにもかかわらず、現実的な空洞と量子ドットのパラメータでは、90\%以上の不一致性は数百ドル以上のエネルギーシフトに対して達成可能であり、エネルギーシフトに対するほぼ均一性は数十ドル分のエネルギーシフトに対して達成可能である。
さらに, 理想化されたホン・ウー・マンデル二光子干渉実験と, 非平衡マッハ・ツェンダー干渉計を用いた通常の実装との相違点を明らかにした。
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