論文の概要: Optical vortex harmonic generation facilitated by photonic spin-orbit entanglement

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2308.02911v1
• Date: Sat, 5 Aug 2023 16:01:59 GMT
• ステータス: 処理完了
• システム内更新日: 2023-08-08 17:58:38.969822
• Title: Optical vortex harmonic generation facilitated by photonic spin-orbit entanglement
• Title（参考訳）: フォトニックスピン軌道エンタングルメントによる光渦高調波発生
• Authors: Chang Kyun Ha, Eun Mi Kim, Kyoung Jun Moon, and Myeong Soo Kang
• Abstract要約: 非線形光周波数変換の最初の実験例を報告する。 第3高調波における光渦は、等方性媒質における禁断過程とみなされてきた。 我々の研究は、スピン軌道結合サブ波長導波路の新たな可能性を開く。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.20999222360659608
• License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
• Abstract: Photons can undergo spin-orbit coupling, by which the polarization (spin) and spatial profile (orbit) of the electromagnetic field interact and mix. Strong photonic spin-orbit coupling may reportedly arise from light propagation confined in a small cross-section, where the optical modes feature spin-orbit entanglement. However, while photonic Hamiltonians generally exhibit nonlinearity, the role and implication of spin-orbit entanglement in nonlinear optics have received little attention and are still elusive. Here, we report the first experimental demonstration of nonlinear optical frequency conversion, where spin-orbit entanglement facilitates spin-to-orbit transfer among different optical frequencies. By pumping a multimode optical nanofiber with a spin-polarized Gaussian pump beam, we produce an optical vortex at the third harmonic, which has long been regarded as a forbidden process in isotropic media. Our findings offer a unique and powerful means for efficient optical vortex generation that only incorporates a single Gaussian pump beam, in sharp contrast to any other approaches employing structured pump fields or sophisticatedly designed media. Our work opens up new possibilities of spin-orbit-coupling subwavelength waveguides, inspiring fundamental studies of nonlinear optics involving various types of structured light, as well as paving the way for the realization of hybrid quantum systems comprised of telecom photonic networks and long-lived quantum memories.
• Abstract（参考訳）: 光子はスピン軌道結合を受けることができ、電磁場の偏光(スピン)と空間プロファイル(軌道)が相互作用し混合される。 強いフォトニックスピン軌道結合は、光学モードがスピン軌道の絡み合いを特徴とする小さな断面に閉じ込められた光伝播によって生じると考えられている。 しかし、フォトニックハミルトニアンは一般に非線形性を示すが、非線形光学におけるスピン軌道の絡み合いの役割と含意はほとんど注目されず、まだ解明されていない。 本稿では、スピン軌道の絡み合いが異なる光周波数間のスピン-軌道移動を促進する非線形光周波数変換の最初の実験例を報告する。 スピン偏極ガウスポンプビームで多モード光ナノファイバーを励起することにより、等方性媒質において長年禁止されたプロセスとみなされてきた第3高調波で光渦を生成する。 我々の研究は、1つのガウスポンプビームのみを組み込んだ効率的な光渦発生のためのユニークな強力な手段を提供する。 我々の研究は、スピン軌道結合サブ波長導波路の新たな可能性を開き、様々なタイプの構造化光を含む非線形光学の基礎研究を刺激し、テレコムフォトニックネットワークと長寿命量子メモリからなるハイブリッド量子システムの実現への道を開く。

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