論文の概要: Temporally-long C-band heralded single photons generated from hot atoms
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2507.03935v1
- Date: Sat, 05 Jul 2025 07:45:20 GMT
- ステータス: 翻訳完了
- システム内更新日: 2025-07-08 15:46:34.9439
- Title: Temporally-long C-band heralded single photons generated from hot atoms
- Title（参考訳）: 高温原子から発生する時間長Cバンド層状単光子
- Authors: Pei-Yu Tu, Chia-Yu Hsu, Wei-Kai Huang, Tse-Yu Lin, Chih-Sung Chuu, Ite A. Yu,
- Abstract要約: 本研究では, 自発4光波混合(SFWM)プロセスによる2光子生成の理論モデルを構築した。
時間幅28.3$pm$0.6 nsの1529nm(Cバンド)の1光子を11.0$pm$0.2 MHzの直線幅で観測する。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 2.178907194529568
- License: http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/
- Abstract: C-band photons are recognized for having the lowest loss coefficient in optical fibers, making them highly favorable for optical fiber-based communication. In this study, we systematically investigated the temporal width of C-band heralded single photons and developed a theoretical model for biphoton generation via the spontaneous four-wave mixing (SFWM) process using a diamond-type transition scheme, which has not been previously reported. Our experimental data on temporal width closely aligns with the predictions of this model. Additionally, we introduced a new concept: the atomic velocity group relating to the two-photon resonance condition and the one-photon detuning in this atomic frame. These two parameters are crucial for understanding the behavior of the biphoton source. The concept indicates that the hot-atom source behaves similarly to the cold-atom source. Guided by our theoretical model, we observed 1529-nm (C-band) heralded single photons with a temporal width of 28.3$\pm$0.6 ns, corresponding to a linewidth of 11.0$\pm$0.2 MHz. For comparison, the ultimate linewidth limit is 6.1 MHz, determined by the natural linewidth of the atoms. Among all atom-based sources of 1300 to 1550 nm heralded single photons utilizing either cold or hot atoms, the temporal width achieved in this work represents the first instance of a width exceeding 10 ns, making it (or its linewidth) the longest (or narrowest) record to date. This work significantly enhances our understanding of diamond-type or cascade-type SFWM biphoton generation and marks an important milestone in achieving greater temporal width in atom-based sources of C-band heralded single photons.
- Abstract（参考訳）: Cバンド光子は、光ファイバの損失係数が最低であることが認識され、光ファイバーベースの通信に非常に好適である。
本研究では, ダイヤモンド型遷移スキームを用いて, Cバンド被覆単光子の時間幅を体系的に検討し, 自発4波混合(SFWM)プロセスによる2光子生成の理論モデルを構築した。
時間的幅に関する実験データは,このモデルの予測と密接に一致している。
さらに、2光子共鳴条件に関する原子速度群と、この原子フレームにおける1光子デチューニングという新しい概念を導入した。
これら2つのパラメータは、双光子源の挙動を理解するために重要である。
この概念は、熱原子源が冷原子源と同様に振る舞うことを示している。
理論モデルにより、時間幅28.3$\pm$0.6 nsの1529nm(Cバンド)の1光子を11.0$\pm$0.2 MHzの直線幅で観測した。
比較のために、最終線幅限界は6.1MHzであり、原子の自然な線幅によって決定される。
低温または高温の原子を利用する1300nmから1550nmの1光子の全ての原子源の中で、この研究で得られた時間幅は10 nsを超える幅の最初の事例であり、これまでで最も長い(または最も狭い)記録である。
本研究は, ダイヤモンド型, カスケード型SFWM複光子生成の理解を著しく向上させ, Cバンド標識単一光子の原子ベース源において, 時間的幅を広くする上で重要なマイルストーンとなる。
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