論文の概要: All-optical modulation with single-photons using electron avalanche
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2312.11686v1
- Date: Mon, 18 Dec 2023 20:14:15 GMT
- ステータス: 処理完了
- システム内更新日: 2023-12-20 17:59:20.132540
- Title: All-optical modulation with single-photons using electron avalanche
- Title（参考訳）: 電子雪崩を用いた単一光子による全光変調
- Authors: Demid V. Sychev, Peigang Chen, Morris Yang, Colton Fruhling, Alexei
Lagutchev, Alexander V. Kildishev, Alexandra Boltasseva, Vladimir M. Shalaev
- Abstract要約: 単光子強度ビームを用いた全光変調の実証を行った。
本稿では,テラヘルツ高速光スイッチングの可能性を明らかにする。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 69.65384453064829
- License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
- Abstract: The distinctive characteristics of light such as high-speed propagation,
low-loss, low cross-talk and power consumption as well as quantum properties,
make it uniquely suitable for various critical applications in communication,
high-resolution imaging, optical computing, and emerging quantum information
technologies. One limiting factor though is the weak optical nonlinearity of
conventional media that poses challenges for the control and manipulation of
light, especially with ultra-low, few-photon-level intensities. Notably,
creating a photonic transistor working at single-photon intensities remains an
outstanding challenge. In this work, we demonstrate all-optical modulation
using a beam with single-photon intensity. Such low-energy control is enabled
by the electron avalanche process in a semiconductor triggered by the impact
ionization of charge carriers. This corresponds to achieving a nonlinear
refractive index of n2~7*10^-3m^2/W, which is two orders of magnitude higher
than in the best nonlinear optical media (Table S1). Our approach opens up the
possibility of terahertz-speed optical switching at the single-photon level,
which could enable novel photonic devices and future quantum photonic
information processing and computing, fast logic gates, and beyond.
Importantly, this approach could lead to industry-ready CMOS-compatible and
chip-integrated optical modulation platforms operating with single photons.
- Abstract（参考訳）: 高速伝播、低損失、低クロストーク、電力消費、および量子特性のような光の特徴は、通信、高解像度イメージング、光コンピューティング、新興量子情報技術における様々な重要な応用に一意に適合する。
しかし、ある制限要因は従来のメディアの弱い光学非線形性であり、特に超低光子レベルの強度では、光の制御と操作が困難である。
特に、単光子強度で動作するフォトニックトランジスタを作成することは、注目すべき課題である。
本研究では単一光子強度のビームを用いた全光変調を示す。
このような低エネルギー制御は、電荷キャリアの衝撃イオン化によって誘導される半導体中の電子雪崩プロセスによって実現される。
これは、最高の非線形光学媒体よりも2桁高いn2~7*10^-3m^2/Wの非線形屈折率を達成することに相当する(Table S1)。
我々のアプローチは、テラヘルツ高速光スイッチングを単一光子レベルで実現し、新しいフォトニックデバイスと将来の量子フォトニック情報処理と計算、高速論理ゲートなどを可能にします。
重要なことに、このアプローチは業界対応のCMOS互換およびチップ内蔵の光変調プラットフォームを単一光子で動作させる可能性がある。
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