論文の概要: Light-controlled strong coupling of optical cavity modes spaced by 200 THz
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2503.00833v1
- Date: Sun, 02 Mar 2025 10:10:26 GMT
- ステータス: 翻訳完了
- システム内更新日: 2025-03-05 19:13:37.724230
- Title: Light-controlled strong coupling of optical cavity modes spaced by 200 THz
- Title（参考訳）: 200Hzの光共振器モードの光制御強結合
- Authors: Lavanya Taneja, David I Schuster, Jonathan Simon,
- Abstract要約: 固有モードがVIS-NIR領域における2つの周波数モードのコヒーレント重ね合わせであるマクロ光学的ファブリ・ペロトキャビティについて述べる。
強い結合により、端から端までの自由空間変換効率30(1)%で周波数変換を実演できる。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.22888123392915408
- License:
- Abstract: Cavities have driven significant advances in optical physics and quantum science, with applications ranging from lasers and spectroscopy to quantum information processing, simulation and metrology. For standard optical cavities, each eigenmode corresponds to a single, well-defined frequency. Here, we present a macroscopic optical Fabry-P\'erot cavity whose eigenmodes are coherent superpositions of two frequency modes in the VIS-NIR range. Specifically, we demonstrate strong coupling between 384 THz (780 nm) and 580 THz (516 nm) cavity modes by incorporating an intracavity $\chi^{(2)}$ crystal driven by a non-resonant optical pump at 1529 nm. Strong coupling enables us to demonstrate frequency conversion with an end-to-end, free-space conversion efficiency of 30(1)%, limited by current cavity design and internal cavity losses. We also demonstrate coupling between distinct spatial modes at the two frequencies, extending coherent control to the spatial basis. In conjunction with improved resonator design and low-loss nonlinear crystals, we anticipate a factor of $>$50 increase in two-mode-cooperativity for stronger coupling and near-unity conversion efficiency at low pump powers. This platform opens new avenues for cavity-QED experiments, with potential applications spanning cavity-mediated interactions between distinct atomic species, interconnects for quantum networking and modular computing, and spatially multimode cavity physics.
- Abstract（参考訳）: 空洞は光学物理学や量子科学に大きな進歩をもたらし、レーザーや分光から量子情報処理、シミュレーション、気象学まで応用されている。
標準的な光学キャビティでは、各固有モードは1つの明確に定義された周波数に対応する。
ここでは、固有モードがVIS-NIR領域の2つの周波数モードのコヒーレント重ね合わせであるマクロ光学的ファブリ-P'erotキャビティを提案する。
具体的には、384 THz (780 nm) と580 THz (516 nm) のキャビティモードの強い結合を、1529 nmの非共振光ポンプで駆動される結晶のキャビティ$\chi^{(2)} を組み込むことで示す。
強結合により、共振器の設計や内部空洞の損失によって制限された30(1)%の周波数変換効率で、エンドツーエンドで自由空間変換効率を実演することができる。
また、2つの周波数における異なる空間モード間の結合を実証し、コヒーレント制御を空間ベースに拡張した。
改良された共振器設計と低損失非線形結晶の併用により、低ポンプパワーにおける2モード協調性の向上とニアユニティ変換効率の向上が期待できる。
このプラットフォームは空洞-QED実験のための新しい道を開き、異なる原子種間の空洞を媒介する相互作用、量子ネットワークとモジュラーコンピューティングのための相互接続、空間的に多モードの空洞物理にまたがる可能性を持つ。
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