論文の概要: Room-temperature amplified transduction of infrared to visible photons

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2411.10677v1
• Date: Sat, 16 Nov 2024 02:53:21 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2024-11-19 14:32:16.285499
• Title: Room-temperature amplified transduction of infrared to visible photons
• Title（参考訳）: 室温増幅による赤外光子と可視光子の変換
• Authors: Gibeom Son, Songky Moon, Seunghoon Oh, Junseo Ha, Kyungwon An,
• Abstract要約: 本研究では,3レベルのLambda$系のバリウム原子を用いて,1500nmの光子から53nmの光子の室温での変換実験を行った。 自由空間で行った実験では、可視光子を増幅することができ、内部効率は1.49で、ユニティを上回った。 この研究は、異なるエネルギーレベルでの量子デバイスの統合と、効率的な赤外線光子検出器の開発に向けた一歩である。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.0
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• Abstract: Frequency transduction, which converts photons from one energy level to another, provides a way to bridge different quantum devices. The frequency transduction has been studied across various systems and frequency ranges, depending on the applications. In particular, infrared photons are ideal for long-distance communication, but their detection efficiency is often low. Converting infrared photons to visible light, where affordable detectors with high quantum efficiency are widely available, would offer significant advantages. Here, we report an experimental demonstration of transduction of 1500-nm photons to 553-nm photons at room temperature using barium atoms of a three-level $\Lambda$ system. In our experiment conducted in free space, we could amplify the visible photons, achieving an internal efficiency of 1.49, exceeding unity. We also observed that the minimum transduction bandwidth is determined by the total decay rate of the excited state in the $\Lambda$-type energy levels. Moreover, we propose ways to improve the internal efficiency by 200-fold and to implement polarization-sensitive transduction in our scheme to be applicable in quantum information. The present work is a step forward for the integration of quantum devices at different energy levels as well as for the development of efficient infrared-photon detectors.
• Abstract（参考訳）: あるエネルギーレベルから別のエネルギーレベルに光子を変換する周波数変換は、異なる量子デバイスをブリッジする方法を提供する。 周波数変換は、応用によって様々なシステムや周波数範囲で研究されている。 特に、赤外線光子は長距離通信に最適であるが、検出効率は低いことが多い。 高い量子効率を持つ安価な検出器が広く利用可能である赤外線光子を可視光に変換することは、大きな利点をもたらす。 本稿では,3レベル$\Lambda$系のバリウム原子を用いて,1500nmの光子から53nmの光子の室温での変換実験を行った。 自由空間で行った実験では、可視光子を増幅することができ、内部効率は1.49で、ユニティを上回った。 また、最小転送帯域幅は、$\Lambda$型エネルギー準位における励起状態の総減衰率によって決定される。 さらに,200倍の効率で内部効率を向上し,量子情報に適用可能な偏光感応トランスダクションを実現する方法を提案する。 この研究は、異なるエネルギーレベルでの量子デバイスの統合と、効率的な赤外線光子検出器の開発に向けた一歩である。

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