論文の概要: Optical mode conversion via spatiotemporally modulated atomic susceptibility

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2208.04478v1
• Date: Tue, 9 Aug 2022 00:49:04 GMT
• ステータス: 処理完了
• システム内更新日: 2023-02-01 19:18:59.625893
• Title: Optical mode conversion via spatiotemporally modulated atomic susceptibility
• Title（参考訳）: 時空間変調原子感受性による光モード変換
• Authors: Claire Baum, Matt Jaffe, Lukas Palm, Aishwarya Kumar, Jonathan Simon
• Abstract要約: 情報伝達率を大幅に向上させる手段として,空間分割が注目されている。 フォトニック自由度を高い効率で操作できる装置を実証する。
• 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: Light is an excellent medium for both classical and quantum information transmission due to its speed, manipulability, and abundant degrees of freedom into which to encode information. Recently, space-division multiplexing has gained attention as a means to substantially increase the rate of information transfer by utilizing sets of infinite-dimensional propagation eigenmodes such as the Laguerre-Gaussian 'donut' modes. Encoding in these high-dimensional spaces necessitates devices capable of manipulating photonic degrees of freedom with high efficiency. In this work, we demonstrate controlling the optical susceptibility of an atomic sample can be used as powerful tool for manipulating the degrees of freedom of light that passes through the sample. Utilizing this tool, we demonstrate photonic mode conversion between two Laguerre-Gaussian modes of a twisted optical cavity with high efficiency. We spatiotemporally modulate the optical susceptibility of an atomic sample that sits at the cavity waist using an auxiliary Stark-shifting beam, in effect creating a mode-coupling optic that converts modes of orbital angular momentum $l=3\rightarrow l=0$. The internal conversion efficiency saturates near unity as a function of the atom number and modulation beam intensity, finding application in topological few-body state preparation, quantum communication, and potential development as a flexible tabletop device.
• Abstract（参考訳）: 光は、その速度、マニピュラビリティ、そして情報をエンコードする豊富な自由度のために、古典的および量子的な情報伝達に優れた媒体である。 近年、空間分割多重化は、ラゲール・ガウシアン・ドーナツモードのような無限次元伝播固有モードの集合を利用することにより、情報転送速度を実質的に増加させる手段として注目されている。 これらの高次元空間におけるエンコーディングは、高効率でフォトニック自由度を操作できる装置を必要とする。 本研究では, 試料を透過する光の自由度を操作するための強力なツールとして, 原子試料の光感受性を制御できることを実証する。 このツールを用いて, ツイスト光キャビティの2つのラゲア・ガウシアンモード間のフォトニックモード変換を高効率に行う。 補助スタークシフトビームを用いてキャビティウエストに位置する原子試料の光感受性を時空間的に変調し、軌道角運動量 $l=3\rightarrow l=0$ のモードを変換するモード結合光学を生成する。 内部変換効率は、原子数と変調ビーム強度の関数として単位付近で飽和し、トポロジカルな小体状態の準備、量子通信、フレキシブルなテーブルトップデバイスとしての可能性を探究する。

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