Adiabatic frequency conversion of quantum optical information in atomic vapor
我们通过实验证明了一种量子通信协议，该协议能够以绝热的方式实现量子光学信息的频率转换和路由，从而具有鲁棒性。该协议是基于电磁感应的透明性在系统中具有多个激发级：不同的信号模式之间的光学状态的传输和/或分布是通过动态地改变控制字段来实现的。使用铷D1线的超精细水平进行原理验证实验。
2007-05-26 quant-ph
Quantum state transfer in frequency down-conversion via nondegenerate optical parametric amplifier
利用非简并光参量放大器，从理论上研究了高频泵浦态到低频信号态的量子态转移。无噪声状态转移的特征在于频率转换效率和噪声系数。结果表明，只要光参量放大器工作在远低于阈值，同时注入功率密度约为泵浦光功率密度10倍的闲频场，就可以很好地保持量子态。讨论了噪声系数和转换效率与闲频振幅、分析频率和腔体附加损耗的关系。
2011-02-23 quant-ph
Efficient microwave-induced optical frequency conversion
研究了具有$Λ$能级组态的原子介质中的频率转换过程，其中两个较低态之间的跃迁由微波场驱动。在该系统中，借助于电磁感应透明（EIT）的效果，转换效率可以非常高。根据微波场的强度，实现了两种EIT区域：弱场的“暗态”EIT和强场的Autler-Townes型EIT。我们研究这两种情况下，通过分析和数值解，并找到转换的最佳条件。
1999-12-13 quant-ph
Programmable optical waveform reshaping on a picosecond timescale
我们用量子频率转换的原理，在实验上演示了在电信波段的光波形的时间整形。整形的光脉冲不经历任何波长平移。使用经由光学波形发生器编程的适当设计的泵浦脉冲，在非线性$χ^{(2)}$波导中发生相互作用。我们将单峰脉冲整形为双峰脉冲，反之亦然。我们还表明，指数衰减的脉冲可以被整形为近高斯形状，反之亦然，这是一个有用的功能，量子通信。
2017-02-27 physics.optics quant-ph
Quantum teleportation of optical images with frequency conversion
我们描述了一种新的连续变量量子全息光学图像隐形传态。与先前提出的方案不同，该方案基于不同频率的光场之间的连续变量量子纠缠，并允许原始图像和传送图像之间的波长转换。频率可调谐全息隐形传态协议可以作为光-物质界面的一部分应用于并行量子信息处理和并行量子存储
2006-02-24 quant-ph
Towards single-cycle squeezing in chirped quasi-phase-matched optical parametric down-conversion
提出了一种在啁啾准相位匹配非线性晶体中通过参量下转换产生单周期压缩光的方法。我们找到了一个精确的量子解，这个过程有效的任意参数增益，并发现一个超宽带压缩的下转换光与平坦的压缩频谱，包括完整的光学倍频程。我们描述了一个方案，观察这种压缩使用二次谐波产生的超快相关器。
2013-05-06 quant-ph
The conversion of phase to amplitude fluctuations of a light beam by an optical cavity
非常低的强度和相位波动存在于明亮的光场中，例如激光束。这些细微的量子涨落可用于编码量子信息。虽然强度很容易用普通的光电探测器测量，但获取相位信息需要干涉实验。我们介绍了这样一种技术，光的噪声椭圆的旋转，它采用了一个光学腔来实现相位到强度波动的转换。我们描述了光的量子噪声，以及如何通过采用光学共振技术来操纵它，并将其与类似的技术进行比较，例如Pound-Drever-Hall激光稳定和零差检测。
2008-05-05 quant-ph
Theory of Microwave-Optical Conversion Using Rare-Earth Ion Dopants
我们发展了一个微波相干转换为光子的装置的理论描述。对于该器件，晶体中的掺杂剂离子被用作三能级系统，并与重叠的微波和光学腔体内的场相互作用。我们开发了一个模型的腔场与离子的合奏相互作用，并使用一个开放量子系统的方法建模的离子，同时占非均匀加宽的效果。数值方法的发展，使我们能够准确地模拟设备。我们还进一步发展了一个简化的模型，适用于小腔场的情况下，这是相关的量子信息的应用。该简化模型用于预测器件的最大转换效率。我们研究了各种参数的影响，并预测，转换效率超过80%应该是可能的，与目前现有的实验装置内的稀释冰箱。
2020-08-25 quant-ph
High resolution optical time domain reflectometer based on 1.55um up-conversion photon-counting module
我们实现了一个光子计数光时域反射计（OTDR）在1.55微米，它表现出高的2点分辨率和高精度。它是基于一个低时间抖动的光子计数模块在1.55微米。该探测器由一个周期性极化的锂酸盐（PPLN）波导，它提供了从近红外到可见光的波长转换，和一个低抖动的硅光子计数探测器。用这种仪器，我们在几十公里的测量范围内获得厘米分辨率。
2008-02-14 quant-ph
Analysis and interpretation of high transverse entanglement in optical parametric down conversion
基于Schmidt分解方法研究了下转换光子横波矢量的量子纠缠。我们发现，横向纠缠涉及两个变量：轨道角动量和横向频率。我们表明，在单色限制高值的纠缠密切控制由一个单一的参数（横向）动量守恒和纵向相位匹配之间的竞争。我们研究了施密特本征模的特点，并指出如何纠缠可以通过适当的模式选择方法增强。
2003-12-10 quant-ph
Observation and Manipulation of Optical Parametric Down-Conversion in the Langevin Regime
针对朗之万区参量下转换中量子涨落的作用问题，在芯片上实现该过程，通过精准控制相关损耗观测到非对称Hong-Ou-Mandel凹陷与近一个数量级的单光子压缩，为量子相关操控奠定基础。
2025-11-13 quant-ph
Two-step frequency conversion for connecting distant quantum memories by transmission through an optical fiber
远距离量子通信需要遥远的量子存储器之间的纠缠。为此，光子传输是连接遥远的记忆所必需的。在这里，我们首次开发了两步变频过程（从可见光波长到电信波长并返回），涉及使用独立的双频转换介质，其中目标量子存储器是金刚石中的氮空位中心（具有637.2nm的发射/吸收波长），并且实验地表征作用于来自衰减的CW激光器的光的该过程的性能。实现了约7%的总转换效率。测量了频率转换过程中产生的噪声，并估计了氮空位（NV）中心发射的单光子信号的信噪比。所开发的频率转换系统具有未来的应用，通过长光纤信道在电信波长的量子中继器网络的传输。
2018-05-01 quant-ph
The quantum Bell-Ziv-Zakai bounds and Heisenberg limits for waveform estimation
我们提出了量子版本的Bell-Ziv-Zakai下界的错误在多参数估计。作为一个应用，我们考虑测量的时变光学相位信号与平稳高斯先验统计和幂律谱$\sim 1/|ω|^p$，与$p>1$。在没有其他假设的情况下，我们证明了均方误差有一个下限标度为$1/{\cal N}^{2(p-1)/(p+1)}$，其中${\cal N}$是时间平均的平均光子通量。此外，我们表明，这种精度是可以实现的采样和插值，任何$p>1$。因此，这个界限是一个严格的推广海森堡限制，测量一个单一的未知的光学相位，一个随机变化的光学相位。
2014-09-28 quant-ph
Fundamental limits of free-space microwave-to-optical frequency conversion efficiency using Rydberg atoms
本文建立理论框架研究里德伯原子自由空间微波-光频率转换效率，发现其受限于微波场聚焦，衍射极限下上限约为3/16，并提出用微波近场天线突破该限制。
2024-11-20 quant-ph
Enantio-conversion of chiral mixtures via optical pumping
由于许多化学、生物和制药过程的手性依赖性，在电磁场的帮助下进行对映体转化是一个重要的问题。在这里，我们提出了一种基于五能级双$Δ$模型的手性分子的方法。利用两个$Δ$型子结构中左右对称性的破缺，我们可以建立一个手性基态被激发到非手性激发态而另一个不受干扰的手性态选择激发。同时，非手性激发态将弛豫到两个手性基态。同时作用于手性混合物的两种效应可以将不同手性的分子转化为相同手性的分子，即，通过光泵浦实现对映体转化。在气相实验中的典型参数，我们数值计算表明，可以实现高效的对映体转化。我们的方法工作在退相干的外观和没有精确控制的脉冲持续时间（脉冲面积）和/或脉冲形状。这些优点使其在推动对映体转化的研究方面具有广阔的前景。
2021-02-28 quant-ph
Third-order spontaneous parametric down-conversion in thin optical fibers as a photon-triplet source
研究了三阶自发参量下转换过程，作为产生纠缠光子三态的一种手段。具体而言，我们认为薄光纤作为非线性介质被用作TOSPDC的基础上，相位匹配是通过使用一个以上的光纤横模的配置。我们在本文中的分析，这是从我们早期的论文光学快报36，190（2011），旨在提供实验所需的细节，以设计一个TOSPDC光子三重态源。具体来说，我们的分析集中在光子三重态，发射率，和TOSPDC相位匹配特性的频率简并和频率非简并TOSPDC的情况下。
2013-07-11 quant-ph
Microwave-to-optical frequency conversion based on the Lamb shift
我们考虑了基于兰姆位移、精细结构和禁戒跃迁的微波-光频率转换。建立了这种转换的理论，并计算了微波-光频率转换的效率。结果表明，对于一个氢原子，诱导光辐射的峰值功率与入射微波功率之比可达100万。
2018-06-17 physics.optics quant-ph
Optimal optical polarization of nitrogen-vacancy center with arbitrary waveform pulse
本文提出了一种利用脉冲光偏振方法研究氮空位中心电子自旋的方法。为了评价脉冲自旋极化的影响，建立了基于极化率和极化时间的极化评价指标。利用主方程模型对光激发下的自旋极化动力学进行了理论计算，得到了常规方法的最佳极化条件。提出了一种新的脉冲光偏振方法，将主方程中的光抽运率由固定值变为时间变量，并通过变分法证明了该方法的最佳波形，该波形可以同时获得高偏振度和较短的偏振时间。因此，极化评估指数提高了约10%。最后，利用基于任意波形发生器的脉冲激光实验系统对该方法进行了验证。本报告将扩展基于NV中心的量子传感的应用范围。
2020-10-02 physics.app-ph quant-ph
An electro-optic waveform interconnect based on quantum interference
通过电场调制光场的能力被认为是用于光通信和信息处理系统的电光互连的关键功能。这种互连所需的主要器件之一是电光调制器（EOM）。目前基于电光效应和电吸收效应的电光调制器由于其组成材料的弱电光特性而通常体积庞大且功率效率低。在这里，我们提出了一种新的机制来产生任意波形的电光调制器的基础上的量子干涉，其中的实部和虚部的磁化率的超高效率相干工程。基于该EOM，实现了从电压到调制光吸收的波形互连。我们期望这种新型的电光互连在光通信和光网络等方面有广泛的应用。
2016-02-25 physics.optics quant-ph
Efficient single sideband microwave to optical conversion using an electro-optical whispering gallery mode resonator
将传统的微波电路与光通信波段连接起来是现代通信的核心。未来的量子信息网络将需要相干的微波-光转换，以通过低损耗的光通信网络将电子量子处理器和存储器连接起来。利用工作在单微波光子水平的电光调制器可以实现高效的转换。在标准的电光调制方案中，这是不可能的，因为上变频和下变频的边带都必须存在。在这里，我们展示了真正的单边带上变频或下变频在三重谐振回音壁模式谐振器明确解决模式与不对称的自由光谱范围。与以前的实验相比，我们显示了三个数量级的提高电光转换效率达到0.1%的光子数转换为10 GHz的微波音在0.42mW的光泵浦功率。该方案与现有的超导3D电路量子电动力学技术完全兼容，可用于非经典状态转换和通信。我们的转换带宽大于1 MHz，并且基本上没有限制。
2016-01-27 physics.optics quant-ph
Optical wavelength conversion of quantum states with optomechanics
提出了一种在不同波长的光场之间实现量子态转换的光机接口。机械模式通过辐射压力耦合到两个光学模式，并且介导两个光学模式之间的量子态映射。光机械$π/2$脉冲的序列使得能够在光学状态和机械状态之间进行状态交换以及机械模式的冷却。理论分析表明，在实验参数可达的情况下，对于光子数较小的态，可以实现高保真度的转换。脉冲转化过程还使得在升高的浴温下保持高转化保真度成为可能。
2010-07-10 cond-mat.mes-hall quant-ph
Optical wavelength conversion via optomechanical coupling in a silica resonator
我们报道了在石英谐振器中通过将两个光学模式耦合到机械呼吸模式来转换两个不同光波长之间的相干光场的实验演示。实验是基于巡回的方法，其中从光学到机械和从机械到另一个光学状态的状态映射同时发生。与传统的非线性光学过程相比，光机械阻抗匹配以及有效的光输入-输出耦合，而不是相位匹配，在基于光机械的波长转换中起着至关重要的作用。
2012-05-10 cond-mat.mes-hall quant-ph
Optimizing optical Bragg scattering for single-photon frequency conversion
我们开发了一个系统的理论优化单光子频率转换使用光学布拉格散射。所需的布拉格散射转换以及寄生散射和调制不稳定性的效率和相位匹配条件进行了确定。我们发现，三阶色散可以抑制不必要的过程，而四阶以上的色散限制了最大转换效率。我们将优化条件应用于高非线性光纤、氮化硅波导和硅纳米线中的频率转换。有效的转换确认使用完整的数值模拟。这些设计规则将有助于多色单光子源之间的有效量子频率转换的发展，以集成在复杂的量子网络中。
2014-12-11 physics.optics quant-ph
Cavity enhanced Raman heterodyne spectroscopy in Er:YSO for microwave to optical signal conversion
通过泵浦光场和信号光场的共振增强，拉曼外差光谱的核心频率转换过程的效率提高了近四个数量级。我们的研究结果使用掺铒的Y $_2$ SiO $_5$晶体在4 K附近的温度表明，这种方法是有希望的微波到光子的量子转换。
2017-12-20 physics.optics quant-ph
Towards third-order parametric down-conversion in optical fibers
光纤由于其较长的相互作用长度可以克服弱的三阶非线性效应，被认为是实现三阶参量下转换的最佳平台。在这里，我们提出，在第一部分中，在自发产生的情况下，并在种子光束的存在下的转换率的理论推导。然后，我们回顾了三种类型的光纤，我们检查他们的转换效率和实际可行性方面的性能。
2019-10-07 physics.optics quant-ph
Optoelectromechanical transducer: reversible conversion between microwave and optical photons
编码在微波光子或量子比特中的量子态可以被有效地操纵，而光学光子可以通过光纤和波导相干地传输。因此，微波和光子之间的量子态的可逆转换将使量子信息能够在长距离上分布，并显著提高混合量子系统的可扩展性。由于技术的进步，机械谐振器可以在不同的光谱范围内与量子器件耦合，并且可以作为连接这些器件的强大接口。本文综述了近年来利用光机电换能器实现微波场与光场相干转换的理论和实验研究进展。最后讨论了实现单光子量子态转换的挑战和前景。
2014-07-11 cond-mat.mes-hall quant-ph
Coherent frequency up-conversion of microwaves to the optical telecommunications band in an Er:YSO crystal
将量子态从微波光子转换为可见光子的能力对于混合系统方法进行量子信息处理是重要的。在本文中，我们报告了上转换的微波信号到光通信波段使用铒掺杂剂的硅酸钇晶体通过受激拉曼散射。使用3D铜环隙谐振器将微波施加到样品，并且耦合和信号光场是单通的。转换效率较低，与理论分析一致，但可以通过光学谐振器显着提高。
2015-06-19 physics.optics quant-ph
Simultaneous Intensity and Frequency Control for Optical Waveform Generation using an Acousto Optic Modulator
University of New Mexico（新墨西哥大学）
本研究提出一种校准声光调制器（AOM）的迭代算法，可实现光强度与频率的同步精确控制，经约100 MHz调谐范围实验验证，光功率偏差小于1%，可生成匹配目标规格的可编程波形与光脉冲。
2026-08-25 physics.app-ph physics.optics quant-ph
Microwave-to-optical conversion via four-wave-mixing in a cold ytterbium ensemble
将超导量子比特与光子连接需要无噪声的微波-光学换能器，这是目前在单光子水平上尚未实现的技术。我们建议使用四波混频的冷镱（Yb）原子在亚稳态的“时钟”状态准备的合奏。参量过程使用两个高位里德堡态进行10 GHz微波光子和通信E波段光子之间的双向转换。为了避免由于自发发射而产生的噪声光子，我们考虑远离中间态失谐的连续操作。我们使用的输入输出形式主义预测的转换效率的$\approx50\%$与$\approx100$ kHz的带宽。
2019-04-18 physics.atom-ph quant-ph
Coherent multi-mode conversion from microwave to optical wave via a magnon-cavity hybrid system
从微波到光波的相干转换为远距离量子网络开辟了新的研究途径，涵盖了实验室外的量子通信、计算和传感。特别是多模式使能系统对于实际应用是必不可少的。在这里，我们的实验演示了相干多模转换从微波到光波通过集体自旋激发在单晶钇铁石榴石（YIG，Y3 Fe 5 O 12），这是强耦合到微波腔模式在一个三维的矩形腔。将我们的磁振子-腔混合系统的集体自旋激发模式从Kittel扩展到多静磁模式，我们验证了YIG球的尺寸对谐振条件下微波-光学多模转换效率起着至关重要的作用。我们还发现多个静磁模与腔模之间的耦合强度受YIG在腔中的位置的控制。这对设计一种可用于微波与可见光光子相干转换的磁振子混合系统具有一定的参考价值。
2020-07-30 cond-mat.mes-hall quant-ph
Nonreciprocal State Conversion between Microwave and Optical Photons
光机械量子接口可以用来连接混合量子网络中具有明显不同频率的系统。本文提出了一种通过光机械界面实现微波与可见光之间非互易量子态转换的方案。通过引入辅助腔和控制线性化光机械耦合之间的相位差，可以实现单向状态传输。该接口可以用作隔离器、循环器和双向开关，将输入状态路由到选定的输出通道。我们表明，在一个广义的阻抗匹配条件下，状态转换可以达到高保真度，并对机械模式的热波动是强大的。
2017-07-07 cond-mat.mes-hall quant-ph
Coherent optical wavelength conversion via cavity-optomechanics
我们从理论上提出并实验证明了在腔-光机械系统中利用光子-声子平移实现可见光光子的相干波长转换。对于支持4GHz局域声子模式的工程化硅光机械晶体纳米腔，1.5MHz带宽中的光信号在波长1460 nm处的一个腔模式和1545 nm处的第二腔模式之间的11.2THz频率跨度上以93%的内部（2%的外部）峰值效率被相干地转换。还分析了转换过程中所涉及的热和量子限制噪声，并且在等效光子数信号水平方面，发现对应于仅6和4x 10 -3量子的内部噪声水平。
2012-06-04 physics.optics quant-ph
Coherent conversion between microwave and optical photons -- an overview of physical implementations
基于固态量子比特的量子信息技术使得人们对将量子态从微波域转换到光域产生了极大的兴趣。与微波光子不同，光学光子可以通过光纤传输，这使得它们适合于长距离量子通信。此外，光学领域提供了大量非常发达的量子光学工具，如高效的单光子探测器和长寿命的量子存储器。对于高保真度的微波-光转换器，需要在单光子水平上的有效转换和低的附加噪声。目前，最有前途的方法来建立这样的系统是基于二阶非线性现象，如光机械和电光相互作用。替代的方法，虽然还没有那么有效，包括磁光耦合和基于孤立的量子系统，如原子，离子或量子点的方案。在这份进展报告中，我们为最重要的微波-光转换实验提供了必要的理论基础，描述了它们的实现，并讨论了当前的局限性和未来的前景。
2019-06-24 physics.optics quant-ph
Nonreciprocal conversion between microwave and optical photons in electro-optomechanical systems
我们建议在电光机械系统中证明微波和光学光子之间的非可逆转换，其中微波模式和光学模式通过两个非简并机械模式间接耦合。非互易转换是在破缺的时间反转对称性机制中获得的，其中光子从一个频率到另一个频率的转换被增强用于建设性量子干涉，而反转方向上的转换由于破坏性量子干涉而被抑制。有趣的是，在电光机械系统中，微波模式和光模式之间的非互易响应出现在两个方向相反的不同频率上。该方案可用于实现任意两个不同频率模式的光子之间的非互易转换。此外，电光机械系统还可以用于通过添加耦合到机械模式之一的辅助光学模式来构造用于具有明显不同频率的三个光学模式的三端口环行器。
2016-02-19 cond-mat.mes-hall physics.optics quant-ph
Microwave to optical photon conversion via fully concentrated rare-earth ion crystals
大多数用于量子信息的固体中的稀土离子的研究使用稀土离子掺杂的晶体。在这里，我们分析的转换量子信息从微波光子的光学频率使用的晶体中的稀土离子，而不是掺杂剂，是主晶体的一部分。大离子密度和小线宽的潜力使得这样的系统在该应用中非常有吸引力。我们表明，以及高效率，大带宽转换是可能的。事实上，稀土离子与光学和微波腔之间的集体耦合足够大，以至于对器件带宽的限制将改为晶体中磁振子模式之间的间隔。
2018-12-08 physics.optics quant-ph
Efficient mode conversion in an optical nanoantenna mediated by quantum emitters
在不同电磁模式之间转换信号是未来信息技术的资产。一般来说，稍微不对称的光学纳米天线使得光学纳米天线能够维持亮模式和暗模式之间的耦合。然而，转换效率可能非常低。在这里，我们表明，量子发射器的额外结合允许极大地提高这种效率。增强的局域态密度使量子发射体以极高的速率在其上能级和下能级之间循环;因此转换能量非常有效。该过程是强大的，相对于可能的实验公差，并增加了一个新的成分，同时研究和应用光学纳米系统中的耦合现象被利用。
2016-05-19 physics.optics quant-ph
Time Reversal of Arbitrary Photonic Temporal Modes via Nonlinear Optical Frequency Conversion
单光子波包可以在量子网络的节点之间携带量子信息。基于光子的量子信息系统中的一个重要的通用操作是光子的时间波包包络的盲反转，即在不知道光子的时间状态的情况下反转包络的能力。我们提出了一种全光的方法，使用非线性光学频率转换驱动的短泵浦脉冲。该方案允许量子操作，例如时间模式奇偶校验排序器。我们还验证了该方案适用于未知波包的任意态（不仅是单光子态）。
2018-04-08 physics.optics quant-ph
217 km long distance photon-counting optical time-domain reflectometry based on ultra-low noise up-conversion single photon detector
我们展示了一个光子计数光时域反射与42.19分贝的动态范围使用超低噪声上转换单光子探测器。采用长波泵浦技术和体布拉格光栅，降低了上转换单光子探测器的噪声，获得了-139.7dBm/sqrt（Hz）的噪声等效功率。我们使用长度为216.95 km的光纤进行OTDR实验，并表明我们的系统可以在13分钟的测量时间内以优于10 cm的距离分辨率识别整个光纤长度上的缺陷。
2013-08-05 physics.optics quant-ph
Quantum-optical Description of Phase Conjugation of Vector Vortex Beams in Stimulated Parametric Down Conversion
提出了一种量子光学方法来描述两个I型晶体“三明治”结构中受激参量下转换，该结构考虑了矢量涡旋光束的参量相互作用。我们分析了种子矢量光束相位共轭发生的条件。然后，我们使用两种策略来定义广义斯托克斯参数来描述矢量涡旋光束的相位共轭。这些允许几何表示，如高阶庞加莱球。我们的研究结果对于描述和设计矢量涡旋光束的受激和自发参量下转换实验是有用的。
2020-05-04 physics.optics quant-ph
Topological aspects in nonlinear optical frequency conversion
半个多世纪前观察到的非线性光学频率转换是非线性和量子光学现代应用的基石。众所周知，频率转换过程受到守恒定律的约束，例如需要相位匹配条件以进行有效转换的动量守恒定律。然而，守恒定律本身并不能完全捕捉到非线性频率转换的特征。在这里，它表明，拓扑结构可以提供额外的约束，在非线性多频率转换过程。与守恒律不同，拓扑约束涉及连续变形下的守恒性质，是描述多频过程不可缺少的一个新的自由度。我们说明了这样一个范例，考虑和频率产生下的多频泵浦波，表明，类似的拓扑相位在拓扑绝缘体，拓扑相变可以观察到在频率转换过程中，在经典和量子水平。
2022-10-20 cond-mat.str-el physics.optics quant-ph
Pulse-by-pulse programmable synthesis of ultrafast optical waveforms
East China Normal University（华东师范大学）；Chongqing Institute of East China Normal University（华东师范大学重庆研究院）；Polytechnique Montréal（蒙特利尔高等理工学院）；University of New Mexico（新墨西哥大学）
本文提出一种基于FPGA驱动的电光调制与时间4f整形系统的逐脉冲可编程整形器，在约20兆赫兹重复频率下实现光谱-时间控制，并展示了零阶、一阶及分数阶相位编程能力，为超快光学任意波形合成提供了新途径。
2026-09-09 nlin.PS physics.optics quant-ph
Radio-Frequency-to-Optical Conversion using Acoustic and Optical Whispering Gallery Modes
回音壁模式（Whispering Gallery mode，WGM）是在球形材料表面附近循环的模式，已知其对于声波和电磁波都表现出高品质因数。在这里，我们报告了一个电光机械系统，其中重叠的WGM的声波和光波沿赤道的介质球强烈耦合到彼此。三重共振相位匹配条件仅在单边带中提供布里渊散射的大的增强，并且观察到从激励声学模式的输入射频信号到输出光信号的转换。
2020-03-14 physics.app-ph physics.optics quant-ph
Compact optical waveform generator with digital feedback
University of Strasbourg（斯特拉斯堡大学）；CNRS（法国国家科学研究中心）；QPerfect
本文提出了一种紧凑型光学波形生成器，通过双程声光调制器和实时检测器实现亚微秒级精确激光脉冲生成，用于量子逻辑门的实现。
2024-10-31 physics.atom-ph physics.ins-det physics.optics
Cryogenic microwave-to-optical conversion using a triply-resonant lithium niobate on sapphire transducer
量子网络可能会对我们未来的计算和通信方式产生深远的影响。为了将超导量子处理器在更远的距离上连接在一起，我们需要能够在微波和光域之间产生高保真纠缠的换能器。我们提出了一个集成的电光换能器，它结合了低损耗的锂钛酸盐光子与超导微波谐振器的蓝宝石衬底上。我们的三倍频谐振器件在稀释制冷机中工作，并将微波光子转换为光子，片上效率为$6.6\times 10^{-6}$，转换带宽为20 MHz。我们讨论了在这种设备的设计权衡，包括管理声学损失的策略，并概述了未来提高转换效率的方法。
2020-05-02 physics.optics quant-ph
Upconversion of optical signals with multi-longitudinal-mode pump lasers
多纵模激光器被认为是光频转换的理想泵浦源。然而，我们提出了一个半经典模型的频率转换的光信号与多模泵浦激光器，这表明瞬时泵浦功率的波动限制了转换效率。在实验中，我们使用多纵模激光器在周期性极化的锂酸盐波导中对1550 nm的光信号进行上转换，观察到最大转换效率为70%，与我们的理论模型非常一致。与单模泵浦相比，多模泵浦不是一种获得稳定的近单位效率频率转换的合适技术。然而，这里得到的结果可以找到应用在表征的光谱或时间结构的多纵模激光器。
2012-04-28 physics.optics quant-ph
Non-perturbative theory of spontaneous parametric down-conversion in open and dispersive optical systems
提出基于格林函数量子化的非微扰理论，以描述任意损耗、色散和高增益条件下开放纳米非线性光学系统中的自发参量下转换，并通过集成未探测光子量子光谱学示例发现新的增益依赖效应。
2023-11-08 physics.optics quant-ph
Efficient quantum microwave-to-optical conversion using electro-optic nanophotonic coupled-resonators
我们提出了一种低噪声、三倍频谐振、电光（EO）的量子微波-光转换方案，该方案基于与超导量子比特集成的耦合纳米光子谐振器。我们的光学系统具有分裂共振-双重-具有可调频率分裂，与超导量子比特的微波共振频率相匹配。这与传统方法形成对比，传统方法使用具有与量子比特微波频率相当的自由光谱范围的大型光学谐振器。在我们的系统中，耦合到低频偶极子模式的光泵和谐振微波光子之间的EO混合导致与高频偶极子模式谐振的上转换光子。重要的是，下变频过程，这是噪声源，在我们的方案中被抑制，因为耦合谐振器系统不支持该频率的模式。我们的器件具有比常规器件小至少一个数量级的覆盖区，导致光场和微波场之间的大重叠以及在$\sim$ 5-15 kHz范围内的大光子转换率（$g/2π$）。由于大的$g$因子和我们的设备的双谐振性质，微波-光频率转换可以实现与几十微瓦的范围内的光泵浦功率，即使与中等值的光学$\it{Q}$（$\sim 10^6$）和微波$Q$（$ \sim10^4$）。我们的设备的性能指标，与以前的EO为基础的方法有很大的改进，承诺可扩展的量子微波到光学转换和超导处理器通过光纤通信联网。
2017-11-01 cond-mat.mes-hall physics.optics quant-ph
Quantum-coherent optical isolation and circulation using frequency conversion on a chip
利用芯片上的高效频率转换实现量子层面的光学非互易性，通过高消光比和低损耗的光子芯片实现单光子级别的光学隔离与循环。
2025-12-09 physics.optics quant-ph
Optical spin-to-orbital angular momentum conversion in inhomogeneous anisotropic media
实验证明了圆偏振光所携带的自旋角动量被转换成轨道角动量的光学过程，从而产生了波前螺旋度受输入偏振控制的螺旋模。这种现象需要光与光学不均匀和各向异性的物质相互作用。基本的物理学也与所谓的Pancharatnam-Berry几何相位有关，这些相位涉及光学偏振的任何非均匀变换。
2007-12-01 cond-mat.soft physics.optics quant-ph
Microwave-to-optical conversion in a room-temperature $^{87}$Rb vapor with frequency-division multiplexing control
本文利用室温铷原子蒸气实现了可调谐550 MHz范围的相干微波到光波转换，并演示了频分复用、多信道转换及幅度控制，为频域量子比特的量子信息处理提供了新途径。
2023-12-04 physics.atom-ph physics.optics quant-ph
Triplet-singlet conversion by broadband optical pumping
我们证明了最初分布在最低三重态a^{3}_{u}^{+}的几个振动能级上的冷Cs_{2}分子到单重基态X^{1}_{g}^{+}的转换。这种转换是通过宽带激光激发分子到一个精心选择的状态来实现的，从这个状态它们可以衰变到单线态，\textcolor{black}{h two sequential single-photon emission steps: Th} e第一个光子填充具有混合三线态-单线态特征的能级，使得第二个自发发射下降到X^{1} H_{g}^{+}态的几个振动能级成为可能。通过添加振动冷却的光学方案，很大一部分分子被转移到单重态的基振动能级。在文章的最后，讨论了有和没有振动冷却的转换过程的效率。所提出的转换是一般的范围，并可以扩展到其他分子。
2012-03-07 physics.atom-ph physics.chem-ph quant-ph
Electrometry by optical charge conversion of deep defects in 4H-SiC
在各种基质材料，如金刚石和碳化硅（SiC）中的光学活性点缺陷，已显示出作为磁场、电场、应变和温度的局部传感器的重要前景。电流感测技术利用这些缺陷内的自旋状态的弛豫时间和相干时间。在这里，我们表明，缺陷的电荷状态也可以用于感测环境，特别是高频（MHz-GHz）电场，补充建立自旋为基础的技术。这通过缺陷在其光致发光和暗电荷状态之间的光电荷转换来实现，其中转换速率取决于电场（能量密度）。该技术提供了一种全光学高频静电计，其在4 H-SiC中测试双空位和硅空位的集合，从低温到室温，并且具有~41（V/cm）**2 / $\sqrt{Hz}$的测量灵敏度。最后，由于SiC的压电特性，我们获得了机械谐振器中的表面声波模式的空间3D地图。
2018-03-15 cond-mat.mes-hall physics.ins-det quant-ph
Microwave-to-optical conversion with a gallium phosphide photonic crystal cavity
电致动光机械谐振器提供了一种微波和光子的量子相干双向转换的途径。这样的设备可以使量子计算机的光学互连基于量子比特在微波频率下工作。在这里，我们提出了一种新的微波到光转换的平台，包括一个光子晶体腔的单晶，压电磷化镓集成在预制铌电路上的本征硅基板。该设备利用空间扩展，侧边分辨机械呼吸模式在$\sim$ 3.2 GHz，真空光机耦合率高达$g_0/2π\approx$ 300 kHz。机械模式由集成微波电极通过逆压电效应驱动。我们估计，该系统可以实现机电耦合率的超导transmon量子位的$\sim$ 200 kHz。我们的工作代表了压电光机械接口与超导量子处理器集成的决定性一步。
2021-05-27 cond-mat.mes-hall physics.optics quant-ph
Optical mode conversion in coupled Fabry-Pérot resonators
光的空间特性的相干控制是从高带宽量子和经典通信到高功率光纤激光器的各种应用的核心。在一组完整的正交模式之间进行低损耗转换对于鲁棒的模式复用通信特别重要。在这里，我们引入耦合法布里-珀罗谐振器之间的可调阻抗失配作为一个强大的工具，操纵的空间和时间特性的光场。在单模状态下，与频率相关的阻抗匹配可以实现可调谐的精细光学谐振器，在量子科学和传感领域具有潜在的应用。引入阻抗失配的空间依赖性作为附加成分使得能够以接近1的效率实现光学光子的相干空间模式转换。我们实现这些想法，实验证明了一个近红外谐振器，其精细度是可调的十年以上，和一个光学模式转换器的效率$>\!\!75\%$的前六个厄米高斯模式。我们预计，这种新的角度对耦合多模谐振器将有令人兴奋的应用在微米和纳米光子学和计算机辅助逆向设计。特别是，与腔内电光的结合将为激光器、谐振器和光学滤波器的空间光谱特性的实时控制开辟新的视野。
2020-05-24 physics.atom-ph physics.optics quant-ph
