論文の概要: Brillouin-Mandelstam scattering in telecommunications optical fiber at millikelvin temperatures

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2506.09654v1
• Date: Wed, 11 Jun 2025 12:24:11 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2025-06-13 06:35:02.930139
• Title: Brillouin-Mandelstam scattering in telecommunications optical fiber at millikelvin temperatures
• Title（参考訳）: ミリケルビン温度における電気通信光ファイバのブリルアン・マンデルスタム散乱
• Authors: E. A. Cryer-Jenkins, A. C. Leung, H. Rathee, A. K. C. Tan, K. D. Major, M. R. Vanner,
• Abstract要約: ミリケルビン温度における標準単モード電気通信光ファイバのブリルアン散乱スペクトルを測定した。 ミリケルビン温度では, アモルファス材料の微視的欠陥とのコヒーレント音響相互作用が観察された。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.0
• License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
• Abstract: Brillouin-Mandelstam scattering is a strong and readily accessible optical nonlinearity enabling a wide array of applications and research directions. For instance, the three-wave mixing process has been employed to great success for narrow-linewidth lasers, sensing applications, microscopy, and signal processing. While most of these avenues focus on room temperature operation, there is now increasing interest in cryogenic operation owing to the scattering mechanism's significant potential for applications and fundamental physics at low temperatures. Here, we measure the Brillouin scattering spectrum in standard single-mode telecommunications optical fiber at millikelvin temperatures using a closed-cycle dilution refrigerator and optical heterodyne detection. Our experiments are performed with a cryostat temperature from 50 mK to 27 K, extending previously reported measurements that utilized liquid helium-4 cryostats with temperatures greater than 1 K. At millikelvin temperatures, our experiment observes coherent acoustic interaction with microscopic defects of the amorphous material - two-level-systems (TLS) - which has not been previously observed in optical fiber. The measured behaviour of the linewidth with temperature is in agreement with well-established models of ultrasonic attenuation in amorphous materials comprising a background intrinsic scattering, thermally-activated scattering, and incoherent and coherent TLS interaction. This work provides a foundation for a wide range of applications and further research including sensing applications, new approaches to investigate TLS physics, and Brillouin-scattering-based quantum science and technology.
• Abstract（参考訳）: Brillouin-Mandelstam散乱は、幅広い応用と研究の方向性を可能にする、強力で容易にアクセス可能な光学非線形性である。 例えば、3波混合プロセスは、狭帯域レーザー、センシング応用、顕微鏡、信号処理において大きな成功を収めるために使われてきた。 これらの経路のほとんどは室温操作に焦点が当てられているが、散乱機構が低温での応用や基礎物理学に有意なポテンシャルを持つため、現在、低温操作への関心が高まっている。 本稿では, 閉サイクル希釈冷凍機と光ヘテロダイン検出装置を用いて, ミリケルビン温度における標準単一モード光ファイバーのブリルアン散乱スペクトルを測定した。 ミリケルビン温度では,アモルファス材料の微視的欠陥 (TLS) とのコヒーレントな音響的相互作用を観察した。 温度と直線幅の測定は, 背景固有散乱, 熱活性散乱, 不整合性, 整合性TLS相互作用を含む非晶質材料の超音波減衰のモデルとよく一致している。 この研究は、センシングアプリケーション、TLS物理学の研究のための新しいアプローチ、ブリルアン散乱に基づく量子科学と技術を含む、幅広い応用とさらなる研究の基礎を提供する。

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