Enhanced sensing of optomechanically induced nonlinearity by linewidth suppression and optical bistability in cavity-waveguide systems
研究了腔-波导耦合系统中光机械非线性效应的增强传感。该系统的哈密顿量是反对称PT对称的两个参与腔通过波导耗散耦合。当引入弱波导介导相干耦合时，反PT对称性可能被破坏。然而，我们发现在腔共振附近，腔强度对OMIN有很强的响应，这得益于真空诱导相干引起的线宽抑制。光双稳和线宽抑制的联合效应是仅含耗散耦合的反PT对称系统所不能达到的。由于这一点，灵敏度大大提高了两个数量级相比，反对PT对称模型。此外，灵敏度示出了对相当大的腔衰减的电阻和对腔波导失谐中的波动的鲁棒性。该方案基于光机械腔-波导集成系统，可用于测量与单光子耦合强度相关的各种物理量，在高精度测量Kerr非线性物理系统中具有潜在的应用价值。
2022-11-21 quant-ph
Resonance linewidth and inhomogeneous broadening in a metamaterial array
我们研究了非均匀加宽对由非对称开口环谐振器组成的平面超材料的集体响应的影响。我们表明，当单个元原子共振频率的加宽大约是表征裂环不对称性的频率的一半时，这样的响应会导致传输共振，该共振可以持续存在。我们还发现，较大程度的非均匀加宽可以大大改变合作的响应，破坏这种共振。由于非均匀加宽而导致的合作响应的降低的效果可以应用于生产超材料样品，该超材料样品更接近地模仿具有明确定义的磁化率和介电常数的均匀磁介电介质。
2012-09-27 cond-mat.mes-hall physics.optics quant-ph
Quantum-limited linewidth of a good-cavity laser: An analytical theory from near to far above threshold
重新讨论了好腔激光器的量子限制或本征线宽问题。从Scully-Lamb主方程出发，给出了一种完全解析的方法，确定了稳态腔场的关联函数和谱。为此，我们开发了一种解析近似方法，隐式地结合了微观波动的相位和强度的字段，此外，充分考虑到饱和的非线性增益。我们的主要结果是一个简单的公式的量子限制的线宽是有效的，从近到远高于阈值，也包括热光子的存在。接近阈值时，线宽是忽略强度波动的标准相扩散处理所预测的两倍，甚至高于阈值50%的增加仍然是相当大的。一般来说，只要光子数分布不是严格的泊松分布，强度的量子涨落就存在并继续影响线宽。这种内在的关系是由一个公式显示的线宽和曼德尔Q参数。超过100%以上阈值的线宽被发现是小于预测的标准治疗，因为简单的相位扩散模型越来越高估的相位波动率忽略增益饱和。在极大平均光子数的极限下，得到了理想的完全相干经典场。
2000-11-01 quant-ph
Dynamical evolution of an inverted spin ensemble in a cavity: Inhomogeneous broadening as a stabilizing mechanism
我们研究了耦合到腔中的反转自旋系综的演化。反演本身提出了一个固有的不稳定性的系统，然而，非均匀加宽的自旋共振频率提出了一个稳定的机制，并推导出一个稳定的标准。的自旋分量和腔场的平均值和方差的详细行为占在稳定和不稳定的条件下。
2012-09-19 quant-ph
Remark on laser linewidth hazard in opto-mechanical cooling
我讨论的鲁棒性的泵浦腔动力学对激光器的相位扩散，并得出结论，光学机械冷却具有极端的灵敏度相比，激光冷却的原子。通过单腔的基态光机械冷却的某些建议将需要不切实际的尖锐激光线宽或等效地非常低水平的相位噪声。一个系统的方法来消除经典的多余的相位噪声是干涉双腔泵浦，开始为未来的引力波探测器的光学捕获的宏镜。
2008-07-23 quant-ph
Quantum Limits to Linewidth Narrowing in Single- and Few-Atom Cavity Electromagnetically Induced Transparency
Kipu Quantum GmbH（Kipu量子有限公司）；Universidade Estadual Paulista (UNESP)（圣保罗州立大学）
该研究探究单原子至少原子腔电磁诱导透明的线宽窄化量子极限，通过Lindblad主方程推导解析模型，揭示多光子态激发的限制，提出增加原子数可抑制有害激发以降低最小线宽，为相关器件优化提供依据。
2026-09-01 quant-ph
Collective Suppression of Linewidths in Circuit QED
我们报告的实验观察，和理论解释，集体抑制线宽的多个超导量子位耦合到一个好的腔。这证明了强量子位-腔耦合可以显着修改单个量子位可能预期的失相和耗散过程，并且可以潜在地改善多体电路QED中的相干时间。
2013-02-04 quant-ph
Spontaneous emission spectrum of a two-level atom in a very high Q cavity
在本文中，我们考虑一个初始激发的两能级系统耦合到一个单模腔，并计算的精确表达式的光谱自发发射的每个系统在一般情况下，它们具有任意的线宽和频率。我们的方法是基于这样一个事实，即这个问题有一个很容易解决的经典对应，它提供了一个明确的解释证明的现象。我们发现，如果腔的线宽远小于原子的线宽，光子发射的腔频率，即使原子和腔强烈失谐。我们还研究了原子在频率可调的经典场驱动下的自发发射谱和荧光谱之间的联系。
2008-05-20 quant-ph
Off-resonant Raman echo quantum memory on atoms with natural inhomogeneous broadening in optical QED cavity
提出了一种在非共振拉曼原子跃迁的最佳QED腔中实现基于光子回波的量子存储的新方案。该方案采用原子系综，其特征在于由任意窄的均匀光谱分量组成的共振线的光学薄共振跃迁和自然的非均匀加宽。该方案提供了鲁棒的和相当简单的相干控制的光原子动力学，可以通过使用现有的光学技术实现，并打开了一个实用的方法，实现高效的长寿命多模光量子存储器。
2013-03-09 quant-ph
Three orders of magnitude cavity-linewidth narrowing by slow light in a rare-earth-ion-doped crystal cavity
本文研究了掺稀土离子晶体谐振腔中，由于与掺杂离子的非共振相互作用引起的强腔内色散引起的腔线宽三个数量级的变窄。强色散是通过使用光泵浦技术的稀土吸收分布的半永久性但快速可重新编程的变化而产生的。在光谱透射窗口内示出了几个腔模式。潜在的应用进行了讨论。
2013-11-12 physics.atom-ph physics.optics quant-ph
Power broadening effects on Electromagnetically Induced Transparency in $^{20}$Ne vapor
我们在这里报告的电磁感应透明（EIT）在$^{20}$ Ne的第一个观察。的EIT线宽的功率展宽测量作为氖压力和RF激发功率的函数。多普勒效应对EIT加宽的影响甚至在低压和低强度下也被发现，其中线宽应该仅由均匀效应支配。
2014-02-25 physics.atom-ph physics.optics quant-ph
Proposal for a continuous wave laser with linewidth well below the standard quantum limit
由于它们的高相干性，激光是科学中无处不在的工具。我们表明，通过工程的增益介质和激光腔之间的耦合，以及激光腔和输出端口，它是可能的，以消除由于光子进入以及离开激光腔的大部分噪声。因此，可以将激光器线宽减小等于激光器腔中低于标准量子极限的光子数的因子。我们设计和理论分析了一个超导电路，使用约瑟夫森结，电容器和电感器来实现微波激光器，包括低噪声耦合器，使设计超越标准量子极限。我们的提议依赖于超导量子信息的元素，因此是量子工程技术如何激发我们重新想象传统量子系统极限的一个例子。
2021-10-22 quant-ph
Anomalous broadening in driven dissipative Rydberg systems
在三维光晶格中，观察到~（87）Rb原子双光子5s-18 s跃迁的相互作用展宽.随着原子密度和激发强度的增加，测得的线宽增加了近两个数量级，相应的抑制共振散射和增强非共振散射。我们属性的增加线宽共振偶极-偶极相互作用的18 s原子与附近的NP状态的自发创建的人口。在一个范围内的初始原子密度和激发强度，过渡宽度由一个单一的功能的稳态密度的里德伯原子，和观察到的共振激发率对应于一个两级系统的测量，而不是自然的线宽。这里观察到的增宽机制可能对许多相干相互作用里德伯原子的提议有负面影响。
2016-03-16 cond-mat.quant-gas quant-ph
Supercooling of Atoms in an Optical Resonator
研究了光学腔中原子系综的激光冷却。我们表明，当原子偶极子在稳态超辐射的制度同步，原子的运动可能会受到巨大的摩擦力，导致潜在的非常低的温度。最终的温度极限由修改后的原子线宽决定，其可以比腔线宽小几个数量级。超辐射进入腔模的冷却速率增强，即使对于具有超窄线宽的偶极跃迁也允许合理的冷却速率。
2015-12-11 quant-ph
Exploring unresolved sideband, optomechanical strong coupling using a single atom coupled to a cavity
腔QED领域的一个主要趋势是通过减小腔的模体积来提高腔场与被囚禁原子内部自由度之间的相互作用强度。在这样的系统中，很自然地实现强原子-腔耦合，其中相干相互作用强度超过腔线宽，而线宽超过原子陷阱频率。虽然大多数工作都集中在光子与内部自由度的耦合上，但也可以通过考虑原子运动自由度来产生额外的丰富动力学。特别是，我们表明，这样的系统是一个自然的候选人，探索一个有趣的制度的量子光学力学，其中零点原子运动产生的腔频率偏移大于其线宽（所谓的单光子光学机械强耦合），但同时在运动频率不能解决的腔。我们表明，这种制度可以导致一些显着的现象，如原子波函数和单入射光子的散射性质之间的强纠缠，或异常机制，原子运动可以显着升温，由于单光子散射，即使原子被紧紧地困在Lamb-Dicke限制。
2018-04-05 quant-ph
Quantum-limited linewidth of a chaotic laser cavity
本文用随机矩阵理论研究了激光腔中光的无序散射对激光腔线宽的影响。由于腔模的非正交性，线宽被Petermann因子K增强到高于Schawlow-Townes值。因子K用非厄米随机矩阵表示，并精确计算了腔通过小孔与外界耦合时的因子K分布。K的平均值被发现依赖于非解析的开口面积，并大大超过最可能的值。
1999-05-18 chao-dyn cond-mat.mes-hall nlin.CD
A single-mode external cavity diode laser using an intra-cavity atomic Faraday filter with short-term linewidth $<400$ kHz and long-term stability of $<1$ MHz
我们报告的二极管激光系统的发展-“法拉第激光器”-使用原子法拉第过滤器作为频率选择元件。与提供可调谐输出频率但需要额外控制系统以实现稳定输出频率的典型外腔二极管激光器系统相比，我们的系统仅在由内部原子法拉第滤波器的峰值传输频率设定的单个频率下发射激光。我们的系统具有短期和长期的稳定性小于1 MHz，这是小于碱金属原子的D-线的自然线宽，使类似的系统适合用作“交钥匙”解决方案的激光冷却实验。
2016-07-07 physics.atom-ph physics.ins-det quant-ph
Non-invasive Measurements of Cavity Parameters by Use of Squeezed Vacuum
提出并实验验证了一种利用压缩真空注入光腔的方法来非侵入式测量光腔参数。这种技术背后的原理是当压缩场入射到腔上时，上量子边带和下量子边带之间关于载波频率的相关性被破坏。该方法对于双$Q$腔特别有用，例如回音壁模式（WGM）腔，其中由光致非线性过程引起的吸收和散射抑制了腔参数的精确测量。我们表明，测试腔的线宽被测量为$γ= 844\pm40$ kHz，这与经典的腔的线宽内的不确定性（$γ=856\pm34$ kHz）的测量结果一致。
2006-07-18 quant-ph
Spontaneous emission of homogeneous broadening molecules on a micro-droplet's surface and local-field correction
本文考虑微球表面加宽分子的自发发射。微腔的态密度是由电磁场的关联函数的准正规模型（QNM）展开导出的。通过详细的分析表明，无论球的大小，在介质球腔中，展宽的原子（分子）与电磁场之间只有微弱的耦合。从这些结果中，我们发现的自发发射衰减率的明确表达的表面活性剂增宽分子上的半径为$a$的微滴的表面上，其中只有$1/a$和$1/a^{2}$组件显示。然后将该表达式应用于实际实验，得到了与实验一致的结果。我们还表明，局域场校正的实腔模型是准确的，并揭示了局域场校正因子可以精确和容易地通过表面活性剂分子的荧光实验测量。此外，表面活性剂分子在液滴表面的自发衰变对原子展宽很敏感，因此微球腔中的荧光实验可以用来估计辐射展宽。
2004-02-04 quant-ph
Influence of electron-acoustic phonon scattering on intensity power broadening in a coherently driven quantum-dot cavity system
提出了一种研究半导体量子点与声学声子池和高$Q$微腔相互作用的量子光学方法。功率展宽的研究使用时间卷积主方程的极化子框架，它允许一个非微扰处理的相互作用的量子点与声子水库。我们计算了完整的非洛伦兹光致发光（PL）线型，并数值提取了量子点激子和腔模的强度线宽作为泵浦速率和温度的函数。对于增加场强，多声子和多光子效应被发现是重要的，即使声子浴温度低至4 K。我们发现，量子点与声子库的相互作用在功率加宽的PL线形中引入了显著的特征，使得人们能够观察到电子-声子散射的清晰特征。从腔泵浦和激子泵浦的PL线型被发现是明显不同的，主要是因为后者是通过激子-声子库激发。为了帮助解释的功率加宽的线型声子散射的基本物理，一个有效的声子Lindblad主方程来自全时间卷积主方程的介绍，我们确定和计算不同的Lindblad散射贡献的电子-声子相互作用，包括如激发诱导的退相，非相干激子激发和激子腔馈电的影响。我们的有效声子主方程再现的全强度PL和声子耦合效应非常好，这表明它的一般Lindblad形式可能会发现广泛的应用在半导体腔QED。
2011-11-05 quant-ph
Fast control of atom-light interaction in a narrow linewidth cavity
我们提出了一种方法，利用高精细光学谐振腔的光辅助原子系综的相干操纵，克服了有限的腔的响应时间所施加的限制。该方案的关键是通过辅助控制过程，如光束引起的光移，快速切换原子与腔场之间的相互作用。该方案适用于许多不同的原子种类，无论是在捕获和自由降落配置，并可以采用控制内部和/或外部原子的自由度。我们的方法将打开新的可能性，在腔辅助原子干涉和制备高度非经典的原子态。
2021-02-03 physics.atom-ph quant-ph
Driving-induced population trapping and linewidth narrowing via the quantum Zeno effect
研究了嵌入光腔中的受驱动三能级系统的自发发射的量子芝诺效应抑制。较低的两个能级与外部光场的强共振耦合导致第三个上能级的指数衰减率下降。我们表明，这种效应具有可观察到的后果的形式与亚自然线宽的发射光谱，这应该是可测量的，例如，量子点-腔系统在目前可获得的参数制度。这些结果构成了一种新的方法来控制一个固有的不可逆和耗散的过程，并可能是有用的应用程序中需要控制的单光子到达时间和波包范围。
2017-06-21 quant-ph
Generation of Narrow-Band Polarization-Entangled Photon Pairs for Atomic Quantum Memories
我们报道了一个通过腔增强自发参量下转换实现的线宽为9.6 MHz的窄带偏振纠缠光子源。该线宽与基于原子系综的量子存储器的典型线宽相当。通过合理设置不同偏振态之间的腔长差、采用温控标准具和主动稳腔，实现了单模输出。利用量子态层析技术对纠缠态进行了表征，得到了与最大纠缠态之间94%的保真度。通过双光子干涉直接测得相干长度为32 m。
2008-11-03 quant-ph
Hybrid integrated ultra-low linewidth coil stabilized isolator-free widely tunable external cavity laser
本文提出一种混合集成外腔宽调谐激光器，通过10米集成线圈谐振器稳定，在无隔离器条件下实现超低线宽和宽调谐，显著降低频率噪声，为全集成频率稳定激光器铺平道路。
2025-07-02 physics.optics quant-ph
Topologically protected subradiant cavity polaritons through linewidth narrowing enabled by dissipationless edge states
本文提出利用一维原子阵列的拓扑带隙和无耗散边缘态，在回音壁模式谐振器中实现线宽极窄、寿命显著延长的亚辐射腔极化激元，为拓扑工程量子态提供新途径。
2023-08-08 physics.optics quant-ph
Laser phase noise effects on the dynamics of optomechanical resonators
从理论上研究了激光相位噪声对普通腔光机系统冷却和加热的影响。导出了辐射压力驱动的振荡镜的反作用阻尼率、加热率和机械频移，并导出了小线宽激光器的最小声子占据数。我们发现，在实践中，激光相位噪声并不构成严重的限制基态冷却。然后，我们考虑激光相位噪声的影响，在一个参数腔驱动方案，最大限度地减少反作用加热的机械振荡器运动的正交之一。与腔场的衰减速率相比，激光线宽窄在实验设置中不会造成任何问题，但是更宽的线宽限制了这种反作用规避方法的实用性。
2010-11-01 quant-ph
Origin of the inhomogeneous linewidth in a solid state $^{229}$Th:CaF$_2$ nuclear clock
JILA, NIST and University of Colorado（JILA、美国国家标准与技术研究院和科罗拉多大学）；Department of Physics, University of Colorado, Boulder（科罗拉多大学博尔德分校物理系）；Department of Physics and Center for Theory of Quantum Matter, University of Colorado, Boulder（科罗拉多大学博尔德分校物理系与量子物质理论中心）；Institute for Theoretical Physics, TU Wien（维也纳工业大学理论物理研究所）；Institute for Atomic and Subatomic Physics, TU Wien（维也纳工业大学原子与亚原子物理研究所）；Departments of Applied Physics and Physics, Yale University（耶鲁大学应用物理系与物理系）；Yale Quantum Institute, Yale University（耶鲁大学耶鲁量子研究所）
本研究通过实验与理论结合，揭示固态$^{229}$Th核钟中非均匀线宽源于局部电场梯度变化，随钍浓度线性增加，为设计低展宽核钟材料提供指导。
2026-10-06 cond-mat.mtrl-sci physics.atom-ph physics.optics
Sub-100 Hz Intrinsic Linewidth 852 nm Silicon Nitride External Cavity Laser
本研究开发出852 nm波段本征线宽低于100 Hz的氮化硅外腔激光器，结合低损耗集成光子电路与商用增益芯片，实现高功率、宽调谐、高边模抑制比，为超冷原子传感器等应用提供紧凑型集成激光光源方案。
2024-10-04 physics.app-ph physics.optics quant-ph
Voltage-controlled intracavity electromagnetically induced transparency with asymmetry quantum dots molecule
从理论上研究了非对称双量子点系统的压控腔内电磁感应透明现象。讨论了电压对频率牵引和腔线宽变窄的影响。腔传输的线宽和位置可以通过偏置电压来设计。该方案可用于量子信息处理中的集成电光器件。
2010-01-02 quant-ph
Steady-state superradiance with Rydberg polaritons
稳态超辐射激光器可以产生超窄线宽的光，在量子信息和精密计量等领域有着重要的应用。然而，这种激光器产生的光本质上仍然是经典的。在这里，我们表明，里德伯介质的引入到一个腔中含有原子与一个狭窄的光学跃迁可以导致超窄线宽$nonclassical$光的稳态超辐射发射。由里德伯介质引起的腔非线性强烈地改变了超辐射阈值，并导致腔输出光谱$-$中出现了一个Mollow三重态。这种行为可以理解为共振荧光的一种不寻常的模拟。腔输出光谱具有非常尖锐的中心峰，其线宽可以远窄于经典超辐射激光器的线宽。这种前所未有的光谱清晰度，加上光的非经典性质，可能会导致新的应用，其中光谱纯$quantum$光是理想的。
2016-11-02 quant-ph
Ultra Narrow Linewidth Frequency Reference via Measurement and Feedback
非常窄线宽光源的产生在现代科学中是非常重要的。其中一种光源是超辐射激光器，它依赖于由非相干光驱动的共同相互作用的超长寿命偶极子。在这里，我们讨论了一种不同的方式产生光谱纯光相干驱动这样的偶极子内的光学QED腔。离开腔的光携带关于驱动光和原子跃迁之间的失谐的信息，但也受到来自作用于组合的原子-腔系统的所有退相干过程的噪声的影响。我们计算这些影响，以获得基本限制的频率估计和稳定的输入光强度和原子-光相互作用强度的值的范围内，估计这些限制在国家的最先进的腔实验与碱土金属原子，并确定有利的操作条件。我们发现，可实现的线宽是可比的超辐射激光。
2023-02-22 physics.atom-ph quant-ph
Micromaser line broadening without photon exchange
利用主方程和量子回归方法计算了微脉泽的线宽。一个“退相”的贡献是确定从泵送过程中保存的光子数，并没有出现在光子统计。我们工作的单原子微波激射器与精确控制的耦合和激光的相互作用时间是广泛分布的例子。在后一种情况下，我们还评估了最近开发的统一Lindblad近似的主方程的收敛性，它是相对缓慢的。
2007-10-10 quant-ph
Magnetically-Induced Optical Transparency on a Forbidden Transition in Strontium for Cavity-Enhanced Spectroscopy
在这项工作中，我们实现了一个狭窄的光谱功能，我们称之为磁致光学透明的技术。$^{88}$ Sr原子的冷系综通过7.5kHz线宽的自旋禁戒$^1$ S $_0$到$^3$ P $_1$的跃迁与高精细度光腔的单模相互作用。通过施加一个磁场，移动两个激发态塞曼能级，我们打开了一个传输窗口，通过腔中的集体真空拉比分裂由于一个单一的水平将创建相消干涉探针传输。光谱特征接近原子跃迁线宽，其比腔线宽窄得多，并且高度不受限制当前最先进激光频率稳定性的参考腔长度波动的影响。
2016-12-06 physics.atom-ph quant-ph
Double Electromagnetically Induced Transparency and Narrowing of Probe Absorption in a Ring Cavity with Nanomechanical Mirrors
研究了强耦合场对双镜谐振腔对弱探测场的吸收特性的影响。在强耦合场的作用下，我们观察到在输出探测场中由线中心处的吸收峰分隔的双电磁感应透明窗。我们发现，增加驱动功率可以加宽两个透明窗口，这导致中心吸收峰变窄。在高驱动功率下，尖锐的中心吸收峰的线宽近似等于机械线宽。我们在输出探测光场和生成的斯托克斯光场中都发现了简正模分裂。我们还发现，四波混频过程的抑制可以实现共振。
2013-12-25 quant-ph
Coherent Perfect Absorption: Zero Reflection Without Linewidth Suppression
本研究通过理论与实验重新评估相干完美吸收对腔线宽的影响，发现CPA仅将共振反射降至零而不改变谱宽，表观窄化与模分裂均为视觉假象，为数据呈现提供指导。
2025-10-25 physics.optics quant-ph
Spin self-organization in an optical cavity facilitated by inhomogeneous broadening
本研究揭示非均匀多普勒展宽可促进光学腔中热原子系综的自旋自组织，降低临界驱动阈值，并引发密度调制与非热态等协同动力学。
2025-02-28 cond-mat.quant-gas quant-ph
Correlations and linewidth of the atomic beam continuous superradiant laser
本文提出最小模型解释连续超辐射激光器特性，通过哈密顿过程描述原子进出腔，推导持续发射条件，指出线宽由集体原子偶极量子涨落决定，并发现超辐射与原子关联增长相关但关联对线宽影响小。
2022-11-17 physics.atom-ph quant-ph
Quantum dot resonant-fluorescence linewidth narrowing and enhanced intensity
我们研究了量子点及其周围环境在弱非共振光激发下的过程。我们观察到不均匀的发射线宽的减少，以及先前观察到的共振荧光（RF）的增强。扫描激发和检测频率，我们区分均匀和不均匀的扩大。蒙特卡罗模拟模型增强RF只有当我们包括电荷载流子损失从量子点引起的共振激光。线宽变窄的原因主要与增强的RF无关。
2017-02-13 cond-mat.mes-hall quant-ph
Cavity-enhanced narrowband spectral filters using rare-earth ions doped in thin-film lithium niobate
本研究在薄膜铌酸锂集成平台中利用掺稀土离子环形谐振器，通过光谱烧孔在4K和100 mK下实现了腔增强的窄带带通与带阻滤波器，线宽最窄达681 kHz，为片上光信号处理和光存储提供了基础组件。
2024-05-30 physics.optics quant-ph
Laser-induced spectral diffusion of T centers in silicon nanophotonic devices
University of California, Berkeley（加州大学伯克利分校）；Lawrence Berkeley National Laboratory（劳伦斯伯克利国家实验室）
本文研究硅光子晶体微腔中T中心的光学光谱扩散，通过时间相关测量发现黑暗中频率可稳定至3 ms，而低于硅带隙的激光脉冲是导致线宽展宽的主要机制，为不可区分光子产生提供了材料和反馈策略指导。
2025-11-10 cond-mat.mtrl-sci physics.optics quant-ph
Electron spin ensemble strongly coupled to a three-dimensional microwave cavity
我们证明了反射几何中电子自旋系综与三维腔之间的强耦合。我们还发现，在集体耦合强度$g_c$小于自旋线宽$γ_s$或腔线宽的条件下，可以观察到腔/自旋谱中的反交叉.我们确定$g_c$与$γ_s$的比率（$g_c/γ_s >$ 0.64）作为观察腔频率分裂的条件。最后，我们确认$g_c$与$\sqrt{N}$成比例，其中$N$是极化自旋的数量。
2011-06-02 cond-mat.mtrl-sci quant-ph
Superradiance on the milliHertz linewidth strontium clock transition
今天最好的原子钟受到用来询问原子的激光频率噪声的限制。解决这个问题的一个建议是使用光学时钟跃迁作为其增益介质来产生超辐射激光器。这种激光器将充当一个有源原子钟，并且将高度不受参考腔长度波动的影响，而参考腔长度波动限制了当今最好的激光器。在这里，我们展示和表征超辐射发射的兆赫线宽时钟过渡的合奏激光冷却$^{87}$ Sr原子被困在一个高精细光学腔。我们测量的集体增强的发射率到腔模式的一个因素超过10,000相比，独立辐射原子。我们还演示了一种方法，种子超辐射发射和观察两个独立的跃迁激光之间的干涉。我们使用这种干涉来表征两个激光子系综的相对光谱特性。
2016-03-17 physics.atom-ph quant-ph
Cavity-QED determination of the natural linewidth of the $^{87}$Sr millihertz clock transition with 30$μ$Hz resolution
本文提出了一种确定超长寿命光学激发态固有线宽或寿命的新方法。这种跃迁是最先进的原子钟性能的关键，在基础物理和引力波探测器的研究以及新的量子多体现象中具有潜在的应用。随着寿命更长的光学跃迁，灵敏度增加，但到目前为止，它已被证明具有挑战性，以确定许多这些长寿命的光学激发态的自然寿命，因为标准的人口衰减检测技术变得实验困难。在这里，我们确定了一个鲜为人知的超窄线宽过渡（$^3$ P $_0$到$^1$ S $_0$在$^{87}$ Sr）的另一个狭窄的众所周知的过渡（$^3$ P $_1$到$^1$ S $_0$）的比率耦合到一个单一的光腔和执行交错的非破坏性测量的原子与腔模式附近的每个过渡频率的相互作用强度。我们使用这种方法来确定$^{87}$ Sr中的时钟跃迁$^3$ P $_0$到$^1$ S $_0$的自然线宽为$γ_0/(2π) = 1.35(3)~$ mHz或$τ= 118(3)~$ s。30 $~μ$ Hz的分辨率意味着我们可以检测到寿命略低于2小时的状态，并且随着未来的直接改进，我们可以检测到寿命长达15小时的状态，使用仅持续几百毫秒的测量试验，消除了光学势中长时间存储的需要。
2020-07-15 cond-mat.quant-gas physics.atom-ph quant-ph
Realization of phase locking in good-bad-cavity active optical clock
在双波长好-坏腔有源光钟（AOC）中，残余腔拉效应限制了线宽的进一步窄化。本文利用两个独立的1064 nm好腔激光器的锁相技术，首次在实验上实现了1064/1470 nm DW-AOC的腔长稳定。DW-AOC两主腔之间的频率跟踪精度在1 s时优于$3 \times {10^{ - 16}}$，在1000 s时可达到$1 \times {10^{ - 17}}$。每个1470 nm坏腔激光器实现了53 Hz的最可能线宽，这是没有锁相的四分之一左右。两个DW激光器系统之间的腔长不同步变化的影响被抑制。
2019-09-21 physics.atom-ph quant-ph
Level attraction and idler resonance in a strongly driven Josephson cavity
非线性约瑟夫森电路在量子信息和技术的发展中起着至关重要的作用。在这个领域研究的典型电路包括量子比特，其非谐性远大于其线宽，以及参数放大器，其线宽为数十MHz或更大。与高- $Q$ Duffing振荡器的动力学相对应的小非谐性但也窄线宽的区域尚未使用约瑟夫森腔进行广泛探索。在这里，我们使用双音光谱研究强驱动的高$Q$约瑟夫森微波腔的磁化率。在蓝失谐驱动下，我们观察到腔极化率的变化，类似于原子物理学中的交流斯塔克效应。当施加一个强的红失谐驱动器，我们观察到一个额外的空闲模式的外观以上的分叉阈值与净外部增益。电路的强驱动导致两个例外点的出现和驱动腔准模之间的水平吸引。我们的研究结果提供了驱动非线性约瑟夫森谐振器的物理见解，并形成了一个起点，探索强驱动克尔振荡器的拓扑物理。
2021-09-03 cond-mat.mes-hall quant-ph
Contributions to the optical linewidth of shallow donor-bound excitonic transition in ZnO
本文研究单晶ZnO中Al、Ga、In浅施主束缚激子的光学线宽特性，发现系综线宽为4-11 GHz，非均匀展宽约2 GHz，但主导机制为均匀展宽，并指出高均匀性、大光学深度及同位素纯化潜力使其在量子技术中具有应用前景。
2024-01-18 cond-mat.mtrl-sci quant-ph
The effect of photo-generated carriers on the spectral diffusion of a quantum dot coupled to a photonic crystal cavity
实验观察了光生载流子对耦合到光子晶体（PC）腔中的量子点（QD）光谱扩散的影响。在该系统中，光谱扩散部分地由PC的蚀刻表面上的电荷波动引起。我们发现，这些波动可能会被抑制的光生载流子，导致测量的量子点线宽减少了约2倍的光生载流子不存在的情况下相比。这一结果证明了一种可能的手段，在QD-PC腔系统中的光谱扩散的影响，因此可能是有用的量子信息应用中，窄QD线宽的期望。
2011-07-24 cond-mat.mes-hall quant-ph
Parity-dependent unidirectional and chiral photon transfer in reversed-dissipation cavity optomechanics
非互易元件，如隔离器和环行器，在经典和量子信息处理中起着重要的作用。近年来，在腔光学机械系统中，实验证明了强非互易效应。在这些方法中，非互易光子传输的带宽受到机械谐振器线宽的限制，其可以说比大多数机电或光机械设备中的腔模式的线宽小得多。在这项工作中，我们证明了宽带非互易光子传输的\emph{reversed-dissipation}制度，其中具有大的衰减率的机械模式可以被消除，而介导的反$\mathcal{PT}$对称耗散耦合两种相位因子。调整相对相位允许观察具有分布例外点（Eps）的\emph{periodic}黎曼片结构。在Eps处，相消量子干涉破坏了$\mathcal{T}$ -和$\mathcal{P}$ -反转对称性，导致单向和手性光子传输。在反向耗散区，非互易带宽不再受机械模线宽的限制，而是提高到腔谐振的线宽。此外，我们还发现通过改变Eps的\emph{parity}，可以使单向和手性能量转移的方向发生逆转。将非厄米耦合推广到三腔模型，反$\mathcal{PT}$对称性的破缺使我们能够观察到高阶Eps，在此证明了宇称依赖的手征环行器。驱动相位控制的周期性黎曼面允许观察依赖宇称的单向和手性能量转移，从而为建立非互易阵列和实现拓扑，例如，隔离器、循环器或放大器。
2022-12-22 physics.optics quant-ph
Spin resonance linewidths of bismuth donors in silicon coupled to planar microresonators
硅中的铋施主自旋系综由于其超过秒的长相干时间而成为有希望的微波量子存储器的存储元件。操作有效的量子存储器需要实现自旋系综和合适的高品质因数共振器之间的临界耦合-这反过来又需要彻底理解相关自旋共振跃迁的线型，特别是考虑共振器本身对线加宽的影响。在这里，我们提出了脉冲电子自旋共振测量自然硅中的铋施主合奏，铌超导谐振器已被图案化。通过研究自旋跃迁的频率和领域的范围内，我们确定不同的线加宽机制，特别是那些可以通过在磁场不敏感的“时钟过渡”操作抑制。鉴于捐助者的浓度和谐振器在这里使用，我们测量的协同性$C\sim 0.2$，并根据我们的研究结果，我们讨论了一条路线，以实现单位协同性，所需的量子存储器。
2020-11-20 cond-mat.mes-hall quant-ph
Magnetically Induced Optical Transparency With Ultra-Narrow Spectrum
磁致光学透明（MIOT）是一种在腔量子电动力学（cavity QED）系统中实现窄透射谱的技术，其在最近的光学腔中的冷88 Sr原子的实验中得到证实[Phys.Rev.Lett. 118，263601（2017）]。在本实验中，MIOT为探测光束引入了一个新的窄透射窗口，该窗口对腔模频率的波动具有高度免疫性。该透射窗口的线宽接近电子3 P1态的衰减速率（约2 pi *7.5kHz），并且远小于腔模频率的不确定性（约2 pi * 150 kHz）。在这项工作中，我们提出了一种方法，以进一步减少这种MIOT诱导的传输窗口的线宽的帮助下，两个拉曼光束耦合的电子3 P1状态的3S 1状态，和3S 1状态的3 P0状态，分别。利用这种方法，可以将传输线宽减小几个数量级。此外，探测光束的相对传输功率或传输速率的峰值几乎不受拉曼光束的影响。我们的研究结果对精确测量和其他基于腔量子电子动力学（cavity-QED）的量子光学过程的研究具有重要的意义。
2020-02-18 physics.atom-ph quant-ph
Collective emission of an atomic beam into an off-resonant cavity mode
研究了原子偶极束集体发射到光学腔中的情况。我们的重点在于原子跃迁频率和腔共振频率之间的有限失谐的影响。通过发展耦合原子-腔动力学的理论描述，我们分析了包括超辐射相在内的静止原子构型，其中原子经历连续的单色集体发射。此外，我们推导出一个解析公式的腔牵引系数，其特征的位移的发射频率向腔频率。我们发现，如果腔线宽远大于原子束的集体线宽，则原子束对腔场的抽拉很小。这种机制对于构建稳定的激光器是期望的，因为发射频率对于腔长度波动是鲁棒的。此外，我们调查的原子相的稳定性，并比较我们的理论预测与数值结果。值得注意的是，我们还发现了多色发射机制，其中光谱具有几个频率分量，而光输出仍然是超辐射的。
2021-07-12 cond-mat.quant-gas quant-ph
Cavity quantum acoustic device in the multimode strong coupling regime
我们研究了电路量子电动力学的声学模拟，便于紧凑的高Q（${>}20,000$）微波频率腔与密集的频谱。我们制造和表征了一种器件，该器件包括耦合到$300\,\mathrm{μm}$长表面声波谐振器的通量可调transmon。对于某些模式，量子位-腔耦合达到$6.5\,\mathrm{MHz}$，超过腔损耗率（$200\,\mathrm{kHz}$）、量子位线宽（$1.1\,\mathrm{MHz}$）和腔自由光谱范围（$4.8\,\mathrm{MHz}$），使器件处于强耦合和强多模状态。随着量子比特从腔中失谐，我们表明，色散位移的行为根据广义Jaynes-Cummings哈密顿量的预测。最后，我们观察到，量子位线宽强烈依赖于它的频率，预期的自发发射的声子，我们确定的工作频率，这种发射率被抑制。
2017-11-16 cond-mat.mes-hall quant-ph
Numerical analysis of a superradiance-sideband-assisted laser with a zero frequency pulling and a narrow linewidth
本研究通过量子朗之万方程数值模拟超辐射边带辅助激光器，实现了零频率牵引的中心激光峰，其线宽可低至原子/腔线宽的百万分之一，且可利用边带峰高差实现泵浦激光的原子锁定，为新型超稳主动光学钟提供了新思路。
2024-08-18 physics.atom-ph physics.optics quant-ph
Quantum optics with near lifetime-limited quantum-dot transitions in a nanophotonic waveguide
建立一个高效率的光子-发射极界面，其中本征线宽展宽仅受自发发射的限制，是量子光学中的关键步骤。它为相干光-物质相互作用开辟了一条途径，例如，产生高度不可分辨的光子、少光子光学非线性和光子-发射极量子门。然而，残余增宽机制是普遍存在的，需要加以打击。对于固态发射体，电荷和核自旋噪声是重要的，并且光子纳米结构对加宽的影响尚未澄清。通过共振传输实验，我们给出了嵌入纳米光子波导中的量子点的近寿命极限线宽。结果表明，单光子从量子点的散射可以通过$66 \pm 4 \%$的消光来实现，其消光受量子点与纳米结构的耦合而非线宽展宽的限制.这是通过将量子点嵌入电接触的纳米光子膜中来获得的。为获得更大的单光子消光提供了一条清晰的途径，即，该方法实现了在光频率下操作的固态完全确定性和相干的光子-发射极界面。
2018-02-07 cond-mat.mes-hall physics.optics quant-ph
