論文の概要: All-optical modulation with single-photons using electron avalanche

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2312.11686v2
• Date: Mon, 31 Mar 2025 14:33:26 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2025-04-01 14:27:58.821190
• 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, Yuheng Chen, Morris Yang, Colton Fruhling, Alexei Lagutchev, Alexander V. Kildishev, Alexandra Boltasseva, Vladimir M. Shalaev,
• Abstract要約: シリコン中の電子雪崩による全光変調を実証する。 我々のアプローチは、ギガヘルツ速度と、さらに高速な光スイッチングの可能性を開く。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 66.27103948750306
• License:
• Abstract: The distinctive characteristics of light, such as high-speed and low-loss propagation, low cross-talk and low power consumption, along with photons unique quantum properties, make it most suitable for various 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 of light with ultra-low intensities. In this work, we demonstrate all-optical modulation enabled by electron avalanche process in silicon, using a control beam with single-photon light intensities. The observed process corresponds to a record-high nonlinear refractive index of $n_{2}$~$1.3*10^{-2} m^2/W$, which is several orders of magnitude higher than the best known nonlinear optical materials. Our approach opens the possibility of gigahertz-speed, and potentially even faster, optical switching at the single-photon level, which could enable a family of novel on-chip photonic and quantum devices operating at room temperature.
• Abstract（参考訳）: 高速・低損失伝搬、低クロストーク、低消費電力などの光の特徴は、光子固有の量子特性とともに、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応用に最も適している。 しかし、1つの制限要因は、従来の媒体の弱い光非線形性であり、超低強度光の制御に挑戦する。 本研究では, 単光子光強度制御ビームを用いて, シリコン中の電子雪崩による全光変調を実証する。 観測されたプロセスは、最もよく知られた非線形光学材料よりも数桁高い$n_{2}$~$1.3*10^{-2} m^2/W$という記録的な高い非線形屈折率に対応する。 我々のアプローチは、ギガヘルツ速で、さらに高速な光スイッチングを単一光子レベルで実現し、室温で動作する新しいオンチップフォトニクスおよび量子デバイス群を可能にする。

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