論文の概要: Spontaneous four-wave mixing in a thin layer with second-order nonlinearity

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2601.23137v1
• Date: Fri, 30 Jan 2026 16:25:05 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2026-02-02 18:28:15.553993
• Title: Spontaneous four-wave mixing in a thin layer with second-order nonlinearity
• Title（参考訳）: 2次非線形性を有する薄膜中の自然四波混合
• Authors: Changjin Son, Maria Chekhova,
• Abstract要約: SFWMのウェーブベクターミスマッチはSHGやSPDCよりもはるかに小さいため,薄い層では直接SFWMが支配的であることを示す。 2階および3階の非線形過程の存在は、量子状態工学の幅広い機会を与える。
• 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: Pairs of entangled photons are crucial for photonic quantum technologies. The demand for integrability and multi-functionality suggests 'flat' platforms - ultrathin layers and metasurfaces - as sources of photon pairs. With the success in demonstrating spontaneous parametric down-conversion (SPDC) from such sources, an alternative process to generate photon pairs, spontaneous four-wave mixing (SFWM), also starts to attract interest. In materials with nonzero second-order nonlinear susceptibility $χ^{(2)}$, SFWM can generate photon pairs both directly, through the third-order nonlinear susceptibility $χ^{(3)}$, and in a cascaded way, through second harmonic generation (SHG) followed by SPDC. Usually, the cascaded process is more efficient. Here, we show that in a thin layer, direct SFWM dominates, because the wavevector mismatch for SFWM is much smaller than for SHG or SPDC. To demonstrate it, we implement the photon pair generation via SFWM in a second-order nonlinear material - a thin layer of lithium niobate (LN). The existence of both second- and third-order nonlinear processes offers broader opportunities for quantum state engineering.
• Abstract（参考訳）: 絡み合った光子のペアは、フォトニック量子技術にとって不可欠である。 可積分性と多機能性の要求は、光子対の源として「平らな」プラットフォーム(超薄層と準曲面)を示唆している。 このようなソースから自然パラメトリックダウンコンバージョン(SPDC)を実証することに成功したことにより、光子対を生成する代替プロセスである自然四波混合(SFWM)も興味を惹き始めている。 非零二階非線形受容率 $ ^{(2)}$ の材料では、SFWM は光子対を直接生成し、3階非線形受容率 $ ^{(3)}$ とカスケードされた方法で、第二高調波発生(SHG) と SPDC の両方を生成できる。 通常、カスケードプロセスはより効率的である。 ここでは, SFWMのウェーブベクターミスマッチがSHGやSPDCよりもはるかに小さいため, 直接SFWMが支配的であることを示す。 そこで本研究では,2次非線形材料であるニオブ酸リチウム(LN)の薄い層に,SFWMによる光子対生成を実装した。 2階および3階の非線形過程の存在は、量子状態工学の幅広い機会を与える。

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