論文の概要: Coherent anharmonicity transfer from matter to light in the THz regime
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2309.12216v1
- Date: Thu, 21 Sep 2023 16:16:40 GMT
- ステータス: 処理完了
- システム内更新日: 2023-09-22 14:17:18.002693
- Title: Coherent anharmonicity transfer from matter to light in the THz regime
- Title（参考訳）: THz系における物質から光へのコヒーレント不調和移動
- Authors: Mauricio Arias, Johan F. Triana, Aldo Delgado and Felipe Herrera
- Abstract要約: 我々は、個々のTHzパルスに非線形位相シフトを印加するための赤外キャビティ量子電磁力学(QED)アプローチを導入する。
電力依存性の位相シフトは0.1ドルで、pi$は、ほんの数mu$W入力パワーのフェムト秒パルスで達成できる。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.0
- License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
- Abstract: Optical nonlinearities are fundamental in several types of optical
information processing protocols. However, the high laser intensities needed
for implementing phase nonlinearities using conventional optical materials
represent a challenge for nonlinear optics in the few-photon regime. We
introduce an infrared cavity quantum electrodynamics (QED) approach for
imprinting nonlinear phase shifts on individual THz pulses in reflection
setups, conditional on the input power. Power-dependent phase shifts on the
order of $ 0.1\, \pi$ can be achieved with femtosecond pulses of only a few
$\mu$W input power. The proposed scheme involves a small number of intersubband
quantum well transition dipoles evanescently coupled to the near field of an
infrared resonator. The field evolution is nonlinear due to the dynamical
transfer of spectral anharmonicity from material dipoles to the infrared
vacuum, through an effective dipolar chirping mechanism that transiently
detunes the quantum well transitions from the vacuum field, leading to photon
blockade. We develop analytical theory that describes the dependence of the
imprinted nonlinear phase shift on relevant physical parameters. For a pair of
quantum well dipoles, the phase control scheme is shown to be robust with
respect to inhomogeneities in the dipole transition frequencies and relaxation
rates. Numerical results based on the Lindblad quantum master equation validate
the theory in the regime where the material dipoles are populated up to the
second excitation manifold. In contrast with conventional QED schemes for phase
control that require strong light-matter interaction, the proposed phase
nonlinearity works best in weak coupling, increasing the prospects for its
experimental realization using current nanophotonic technology.
- Abstract（参考訳）: 光非線形性は、様々な種類の光情報処理プロトコルにおいて基本である。
しかし、従来の光学材料を用いた位相非線形性の実装に必要な高強度レーザーは、数光子系における非線形光学の課題である。
我々は、入出力の条件付き反射装置において、個々のTHzパルスに非線形位相シフトを印加するための赤外キャビティ量子電磁力学(QED)アプローチを導入する。
パワー依存位相シフトは 0.1\, \pi$ の順で、わずか$\mu$w の入力パワーのフェムト秒パルスで達成できる。
提案手法は、赤外線共振器の近傍にエバネッセント結合した少数のサブバンド間量子井戸遷移双極子を含む。
磁場の進化は、物質双極子から赤外線真空へのスペクトル不調和の動的移動により非線形であり、量子井戸転移を真空場から過渡的に除去する効果的な双極子チャープ機構によって光子遮断をもたらす。
本研究では, インプリント非線形位相シフトの関連する物理パラメータ依存性を記述する解析理論を考案する。
一対の量子井戸双極子に対して、位相制御スキームは双極子遷移周波数と緩和速度の不均一性に対して堅牢であることが示されている。
リンドブラッド量子マスター方程式に基づく数値結果は、物質双極子が第二励起多様体にポピュレートされる状態における理論を検証する。
強い光・物質相互作用を必要とする従来の位相制御のqed方式とは対照的に、提案された位相非線形性は弱いカップリングに最も適しており、現在のナノフォトニクス技術を用いた実験的実現の可能性を高めている。
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