論文の概要: Convert laser light into single photons via interference
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2403.17253v1
- Date: Mon, 25 Mar 2024 22:58:48 GMT
- ステータス: 処理完了
- システム内更新日: 2024-03-27 17:15:36.136095
- Title: Convert laser light into single photons via interference
- Title（参考訳）: 干渉によるレーザー光を単一光子に変換する
- Authors: Yanfeng Li, Manman Wang, Guoqi Huang, Li Liu, Wenyan Wang, Weijie Ji, Hanqing Liu, Xiangbin Su, Shulun Li, Deyan Dai, Xiangjun Shang, Haiqiao Ni, Zhichuan Niu, Chengyong Hu,
- Abstract要約: レーザー光を単一光子に変換するエレガントな経路は、強い結合状態にある単一の原子を持つキャビティ内の光子遮断に基づいている。
本稿では、共振器結合から単一量子エミッタに放出される弱いが超束縛された非コヒーレント場と破壊的に干渉することにより、レーザ光を単一光子に変換する干渉ベースのアプローチを提案する。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 5.7581597418105055
- License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
- Abstract: Laser light possesses perfect coherence, but cannot be attenuated to single photons via linear optics. An elegant route to convert laser light into single photons is based on photon blockade in a cavity with a single atom in the strong coupling regime. However, the single-photon purity achieved by this method remains relatively low. Here we propose an interference-based approach where laser light can be transformed into single photons by destructively interfering with a weak but super-bunched incoherent field emitted from a cavity coupling to a single quantum emitter. We demonstrate this idea by measuring the reflected light of a laser field which drives a double-sided optical microcavity containing a single artificial atom-quantum dot (QD) in the Purcell regime. The reflected light consists of a superposition of the driving field with the cavity output field. We achieve the second-order autocorrelation g2(0)=0.030+-0.002 and the two-photon interference visibility 94.3%+-0.2. By separating the coherent and incoherent fields in the reflected light, we observe that the incoherent field from the cavity exhibits super-bunching with g2(0)=41+-2 while the coherent field remains Poissonian statistics. By controlling the relative amplitude of coherent and incoherent fields, we verify that photon statistics of reflected light is tuneable from perfect anti-bunching to super-bunching in agreement with our predictions. Our results demonstrate photon statistics of light as a quantum interference phenomenon that a single QD can scatter two photons simultaneously at low driving fields in contrast to the common picture that a single two-level quantum emitter can only scatter (or absorb and emit) single photons. This work opens the door to tailoring photon statistics of laser light via cavity or waveguide quantum electrodynamics and interference.
- Abstract（参考訳）: レーザー光は完全コヒーレンスを持つが、線形光学によって単一の光子に減衰することはできない。
レーザー光を単一光子に変換するエレガントな経路は、強い結合状態にある単一の原子を持つキャビティ内の光子遮断に基づいている。
しかし、この方法で得られる単一光子純度は比較的低いままである。
本稿では、共振器結合から単一量子エミッタに放出される弱いが超束縛された非コヒーレント場と破壊的に干渉することにより、レーザ光を単一光子に変換する干渉ベースのアプローチを提案する。
このアイデアは、Purcell系に1つの人工原子量子ドット(QD)を含む両面光マイクロキャビティを駆動するレーザー場の反射光を測定することで実証される。
反射光は、キャビティ出力場を備えた駆動場の重ね合わせからなる。
2次自己相関g2(0)=0.030+-0.002と2光子干渉可視性94.3%+-0.2を達成する。
反射光中でのコヒーレント場と非コヒーレント場を分離することにより、空洞からの非コヒーレント場が g2(0)=41+-2 の超バンチングを示すのに対して、コヒーレント場はポアソン統計のままである。
我々は、コヒーレント場と非コヒーレント場の相対振幅を制御することにより、反射光の光子統計が、我々の予測と一致して完全な反バンチングから超バンチングに調整可能であることを検証した。
本研究は, 量子干渉現象として, 単一QDが2つの光子を同時に低駆動場に散乱できることを示すとともに, 単一の2レベル量子エミッタが単一光子を散乱(あるいは吸収, 放出)できるのに対して, 単一のQDが2つの光子を同時に散乱できることを示す。
この研究は、空洞または導波路量子力学と干渉によるレーザー光の光子統計を調整するための扉を開く。
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