論文の概要: Optimization of circular cavities via guided-mode expansion method based inverse design

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2605.16596v1
• Date: Fri, 15 May 2026 19:58:30 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2026-05-19 17:57:46.791688
• Title: Optimization of circular cavities via guided-mode expansion method based inverse design
• Title（参考訳）: 逆設計に基づくガイドモード展開法による円形キャビティの最適化
• Authors: Abhishek Das, Neelesh Kumar Vij, Demitry Farfurnik,
• Abstract要約: 光活性スピン系とフォトニックキャビティを結合させることによって実現されたスピンフォトン界面は、量子ネットワークや量子情報処理に不可欠である。 本研究では, 円環キャビティの幾何学的特徴を得るために, 誘導モード展開と自動微分を用いた勾配型逆設計フレームワークを実装した。 その結果、最適化された非周期性キャビティは、周期性キャビティよりも約9000ドル高くなる。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 3.875833176335458
• License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
• Abstract: Spin-photon interfaces, realized by coupling optically active spin systems to photonic cavities, are essential for quantum networking and quantum information processing. Implementing such an interface for polarization-encoded photons requires a cavity that supports arbitrary polarization, provides efficient optical access through its far-field mode, and maintains sufficiently high quality factors to enable high cooperativity with the system's optical transitions. However, inherent trade-offs between the Q-factor and far-field emission mode make the simultaneous optimization of these parameters toward the realization of spin-photon interfaces challenging. In this work, we implement a gradient-based inverse-design framework using guided-mode expansion with automatic differentiation to obtain the geometrical features of a circular ring cavity that supports arbitrary polarization while simultaneously optimizing the cavity quality factor and far-field mode profile. The resulting optimized non-periodic cavity achieves a quality factor of approximately $9,000$, about an order-of-magnitude higher than that of a periodic ("bullseye") cavity while preserving a Gaussian-like far-field emission pattern. Furthermore, by varying the cavity geometry within a $\pm 6$ nm fabrication tolerance, we demonstrate the robustness of the design against fabrication errors and identify the innermost ring width and central disk radius as the parameters with the greatest impact on the quality factor and far-field mode. These results establish guided mode expansion-based inverse design as a powerful and computationally efficient approach for developing high-cooperativity spin-photon interfaces for quantum photonic applications.
• Abstract（参考訳）: 光活性スピン系とフォトニックキャビティを結合させることによって実現されたスピンフォトン界面は、量子ネットワークと量子情報処理に不可欠である。 このような偏光符号化光子のインタフェースを実装するには、任意の偏光をサポートするキャビティが必要であり、遠視野モードによる効率的な光アクセスを提供し、システムの光遷移と高い協調性を実現するために十分な品質の要素を維持できる。 しかし、Q因子と遠方界放出モードの本質的にのトレードオフは、これらのパラメータを同時に最適化し、スピン光子界面の実現を困難にしている。 本研究では, 任意の偏光をサポートする円環キャビティの幾何学的特徴を得るとともに, キャビティ品質係数と遠距離モードプロファイルを同時に最適化するために, 誘導モード展開と自動微分を用いた勾配型逆設計フレームワークを実装した。 その結果、最適化された非周期性キャビティは、ガウスのような遠方界放出パターンを保ちながら、周期性キャビティよりも約9000ドル高くなる。 さらに, キャビティ形状を$\pm 6$ nmの耐加工性の範囲内で変化させることで, 加工誤差に対する設計の堅牢性を実証し, 内部リング幅と中心円盤半径を, 品質係数と遠距離場モードに最も大きな影響を与えるパラメータとして同定する。 これらの結果は、量子フォトニクス応用のための高協調性スピンフォトトンインターフェースを開発するための強力で計算効率の良いアプローチとして、誘導モード展開に基づく逆設計を確立する。

関連論文リスト

• A systematic design approach for one-dimensional and crossed photonic nanobeam cavities for quantum dot integration [0.0]
  非ゼロ空洞長を有する1次元フォトニック結晶ナノビームキャビティの設計のための系統的ワークフローを提案する。 提案手法は, 放射損失と線幅拡大効果を緩和しながら, 光閉じ込めの精密制御を可能にする。
  論文  参考訳（メタデータ） (2026-03-16T16:29:34Z)
• Integrated polarization-entangled photon source for wavelength-multiplexed quantum networks [49.82426139329382]
  薄膜ニオブ酸リチウム(TFLN)上における簡易だが高効率なオンチップ偏光共役光子対光源について述べる。 本装置では, 単一ナノフォトニック導波路におけるタイプ0とタイプIの自発的パラメトリックダウンコンバージョンを逐次サポートする2つの準位相マッチング(D-QPM)を用いる。 最大50kmの大都市ファイバリンク上に展開する4ユーザ量子ネットワークにおいて,波長多重絡み合い分布を実現する。
  論文  参考訳（メタデータ） (2025-11-27T18:30:01Z)
• Inverse-Designed Photonic Crystal Cavities with Controllable Far-Field Numerical Aperture [0.0]
  フォトニック結晶キャビティは光をサブ波長の体積に制限し、低消費電力フォトニクス、光電子工学、非線形光学、量子情報などへの応用のための強力な光-マター相互作用を可能にする。 従来の逆設計の取り組みは、結合効率を犠牲にしたり、遠方界の放射パターンを正確に制御する能力に欠ける、高品質な要素と低モードのボリュームを目標としていた。 設計対象として指定されたキャビティ品質係数と遠方界数値開口を同時に最適化する逆設計フレームワークを提案する。
  論文  参考訳（メタデータ） (2025-09-20T22:48:06Z)
• Quantum dots as optimized chiral emitters for photonic integrated circuits [0.0]
  本稿では,空間平均方向に対するQDエミッタの偏極を最適化する理論解析を提案する。 本研究は,QDベースのフォトニック集積回路において,効率的なキラルカップリングを実現するための有効な経路を示す。
  論文  参考訳（メタデータ） (2023-10-13T17:10:22Z)
• High-dimensional quantum correlation measurements with an adaptively gated hybrid single-photon camera [58.720142291102135]
  本研究では,高空間分解能センサと高時間分解能検出器を組み合わせた適応ゲート型ハイブリッド高分解能カメラ(HIC)を提案する。 空間分解能は9メガピクセル近く、時間分解能はナノ秒に近いため、このシステムは以前は実現不可能だった量子光学実験の実現を可能にする。
  論文  参考訳（メタデータ） (2023-05-25T16:59:27Z)
• Topological multi-mode waveguide QED [49.1574468325115]
  本稿では, 位相的に保護された伝播モードを量子エミッタで対向して利用する方法を示す。 このような能力は、トポロジカルに保護された光子の間で量子ゲートを生成する方法と、トポロジカルチャネルにおいてより複雑な光の絡み合った状態を生成する方法を舗装する。
  論文  参考訳（メタデータ） (2022-07-05T14:48:50Z)
• Optical Spin Initialisation and Readout with a Cavity-Coupled Quantum Dot in an In-Plane Magnetic Field [0.0]
  単一偏光モードのキャビティは、高忠実度光スピン初期化と読み出しの両方を、単一の平面内磁場(Voigt 幾何学)で同時にサポートできることを示す。 本分析は,高忠実度初期化と読み出し,両キャビティ構成におけるコヒーレント制御のための最適パラメータ構造を提供する。
  論文  参考訳（メタデータ） (2022-06-22T12:14:24Z)
• Ultra-long photonic quantum walks via spin-orbit metasurfaces [52.77024349608834]
  数百光モードの超長光子量子ウォークについて報告する。 このセットアップでは、最先端の実験をはるかに超えて、最大320の離散的なステップで量子ウォークを設計しました。
  論文  参考訳（メタデータ） (2022-03-28T19:37:08Z)
• Topologically Protecting Squeezed Light on a Photonic Chip [58.71663911863411]
  集積フォトニクスは、導波路内部に厳密に光を閉じ込めることで非線形性を高めるエレガントな方法を提供する。 シリカチップに励起光を発生させることができる自発4波混合のトポロジカルに保護された非線形過程を実験的に実証した。
  論文  参考訳（メタデータ） (2021-06-14T13:39:46Z)
• Inverse-designed photon extractors for optically addressable defect qubits [48.7576911714538]
  フォトニックデバイスの逆設計最適化は、スピン光子インタフェースの臨界パラメータを調整する際に、前例のない柔軟性を実現する。 逆設計のデバイスは、単一の光子エミッタのスケーラブルな配列の実現、新しい量子エミッタの迅速なキャラクタリゼーション、センシングと効率的な隠蔽機構を実現する。
  論文  参考訳（メタデータ） (2020-07-24T04:30:14Z)

関連論文リストは本サイト内にある論文のタイトル・アブストラクトから自動的に作成しています。

指定された論文の情報です。
本サイトの運営者は本サイト（すべての情報・翻訳含む）の品質を保証せず、本サイト（すべての情報・翻訳含む）を使用して発生したあらゆる結果について一切の責任を負いません。