論文の概要: Purcell-enhanced single-photon generation from CsPbBr$_3$ quantum dots in in-situ selected Laguerre-Gaussian modes

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2510.01837v1
• Date: Thu, 02 Oct 2025 09:33:24 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2025-10-03 16:59:21.076756
• Title: Purcell-enhanced single-photon generation from CsPbBr$_3$ quantum dots in in-situ selected Laguerre-Gaussian modes
• Title（参考訳）: その場選択ラゲール・ガウスモードにおけるCsPbBr$_3$量子ドットからの紫外光子生成
• Authors: Virginia Oddi, Darius Urbonas, Etsuki Kobiyama, Ioannis Georgakilas, Ihor Cherniukh, Kseniia Shcherbak, Chenglian Zhu, Maryna I. Bodnarchuk, Maksym V. Kovalenko, Rainer F. Mahrt, Gabriele Rainò, Thilo Stöferle,
• Abstract要約: コロイド鉛ハロゲン化ペロブスカイト量子ドット(英語版) (QD) は、区別不可能な単一光子を高速で半決定的に生成できる汎用材料として出現している。 ここでは、単一CsPbBr$_3$QDsを、ナノファブリックしたガウス形状の変形により、オープンなFabry-Perotマイクロキャビティに統合する。 我々の発見は、先進的な量子フォトニクス応用のために単光子LGビームを直接生成する高光子レート源への扉を開く。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.0
• License: http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/
• Abstract: Single photons in Laguerre-Gaussian (LG) beams, which carry orbital angular momentum (OAM), could enable more robust and efficient photonic quantum communication and information processing, as well as enhanced sensitivity in quantum metrology and imaging. However, as most implementations are indirect or require additional mode-shaping elements, direct generation of single photons with OAM has received growing interest. Colloidal lead halide perovskite quantum dots (QDs) have recently emerged as a versatile material that can produce indistinguishable single photons quasi-deterministically at high rate. Here, we integrate single CsPbBr$_3$ QDs into an open Fabry-Perot microcavity with a nanofabricated Gaussian-shaped deformation, demonstrating Purcell-enhanced single-photon generation into individual cavity modes with up to 18.1 $\pm$ 0.2 times accelerated decay, down to tens of picoseconds. By in-situ tuning of the cavity resonance, we can selectively couple a single QD to different LG modes carrying OAM and observe the spatial patterns of the generated single-photon beams emitted from the cavity. Our findings open the door to high photon rate sources that directly generate single-photon LG beams for advanced quantum photonic applications.
• Abstract（参考訳）: 軌道角運動量(OAM)を持つラゲール・ガウス(LG)ビームの単一光子は、より堅牢で効率的なフォトニック量子通信と情報処理を可能にし、量子メトロジーとイメージングの感度を高めることができる。 しかし、ほとんどの実装は間接的あるいは追加のモード整形素子を必要とするため、OAMを用いた単一光子の直接生成が注目されている。 コロイド鉛ハロゲン化ペロブスカイト量子ドット(英語版) (QDs) は、近ごろ、区別不可能な単一光子を準決定的に高速に生成できる汎用材料として出現した。 ここでは、単一CsPbBr$_3$QDsをオープンなFabry-Perot微小キャビティとナノファブリックしたガウス形状の変形に統合し、Purcell-enhanced 1光子生成を最大18.1$\pm$0.2倍の加速崩壊で10ピコ秒まで個々のキャビティモードに示す。 共振器共鳴のその場チューニングにより、OAMを担持する様々なLGモードに1つのQDを選択的に結合し、共振器から放射される1光子ビームの空間パターンを観察することができる。 我々の発見は、先進的な量子フォトニクス応用のために単光子LGビームを直接生成する高光子レート源への扉を開く。

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