論文の概要: Second-Order Coherence Across the Brillouin Lasing Threshold
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2307.11490v1
- Date: Fri, 21 Jul 2023 10:48:06 GMT
- ステータス: 処理完了
- システム内更新日: 2023-07-24 12:53:16.737948
- Title: Second-Order Coherence Across the Brillouin Lasing Threshold
- Title（参考訳）: Brillouin Lasing Thresholdの2次コヒーレンス
- Authors: E. A. Cryer-Jenkins, G. Enzian, L. Freisem, N. Moroney, J. J. Price,
A. {\O}. Svela, K. D. Major, and M. R. Vanner
- Abstract要約: ブリルアン・マンデルスタム散乱(英: Brillouin-Mandelstam scattering)は、2つの光場と1つの音場の間の3波混合過程である。
ブリュアンラシングしきい値に散乱するストークスの2階コヒーレンスを特徴付けるために、量子光学技術を用いる。
その結果, ブリルアン散乱に対する2次コヒーレンスおよび光子計数測定の適用により, ブリルアン散乱の理解を深める新たな方法が得られた。
- 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: Brillouin-Mandelstam scattering is one of the most accessible nonlinear
optical phenomena and has been widely studied since its theoretical discovery
one hundred years ago. The scattering mechanism is a three-wave mixing process
between two optical fields and one acoustic field and has found a broad range
of applications spanning microscopy to ultra-narrow-linewidth lasers. Building
on the success of utilizing this nonlinearity at a classical level, a rich
avenue is now being opened to explore Brillouin scattering within the paradigm
of quantum optics. Here, we take a key step in this direction by employing
quantum optical techniques yet to be utilized for Brillouin scattering to
characterize the second-order coherence of Stokes scattering across the
Brillouin lasing threshold. We use a silica microsphere resonator and
single-photon counters to observe the expected transition from bunched
statistics of thermal light below the lasing threshold to Poissonian statistics
of coherent light above the threshold. Notably, at powers approaching the
lasing threshold, we also observe super-thermal statistics, which arise due to
instability and a ``flickering'' in and out of lasing as the pump field is
transiently depleted. The statistics observed across the transition, including
the ``flickering'', are a result of the full nonlinear three-wave mixing
process and cannot be captured by a linearized model. These measurements are in
good agreement with numerical solutions of the three-wave Langevin equations
and are well demarcated by analytical expressions for the instability and the
lasing thresholds. These results demonstrate that applying
second-order-coherence and photon-counting measurements to Brillouin scattering
provides new methods to advance our understanding of Brillouin scattering
itself and progress toward quantum-state preparation and characterization of
acoustic modes.
- Abstract（参考訳）: ブリルアン・マンデルシュタム散乱は最もアクセスしやすい非線形光学現象の一つであり、100年前の理論的な発見以来広く研究されてきた。
散乱機構は2つの光場と1つの音場の間の3波混合プロセスであり、顕微鏡から超狭帯域レーザーまで幅広い応用が発見されている。
古典的なレベルでこの非線形性を利用する成功に基づいて、量子光学のパラダイムの中でブリルアン散乱を探索するために、リッチな道が開かれた。
ここでは、ブリュアン散乱にはまだ使われていない量子光学技術を用いて、ブリュアンラシングしきい値を越えたストークス散乱の2階コヒーレンスを特徴づける。
我々は、シリカマイクロスフェア共振器と単一光子カウンタを用いて、発振閾値以下の熱光の束ね合わせ統計から閾値を超えるコヒーレント光のポアソニアン統計への期待遷移を観測した。
特に、浸漬しきい値に近づく力では、ポンプ場が過渡的に枯渇するにつれて、不安定性や浸漬内外における'flickering'が原因で生じる超熱的統計も観測する。
Flickering'' を含む遷移を通して観測される統計は、完全な非線形3波混合プロセスの結果であり、線形化されたモデルでは取得できない。
これらの測定は3波ランゲヴィン方程式の数値解とよく一致しており、不安定性およびラシングしきい値に関する解析式によってよく区切られている。
これらの結果から, 2次コヒーレンスおよび光子計数測定をブリルアン散乱に適用することで, ブリルアン散乱自体の理解を深め, 量子状態合成と音響モードのキャラクタリゼーションへ進む新しい方法が得られた。
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