Storage of fiber-guided light in a nanofiber-trapped ensemble of cold atoms
具有窄腰的锥形光纤是用于光和物质接口的多功能工具。在这种情况下，激光冷却的原子被困在周围的光学介质的倏逝场特别感兴趣：它们表现出长的基态相干时间和有效的耦合到光纤引导的领域。在这里，我们展示了电磁感应的透明度，慢光，和存储的光纤引导的光脉冲中的冷原子被困在一个基于纳米纤维的光晶格的合奏。我们测量到光脉冲减速到50 m/s的群速度。此外，我们在单光子水平上存储光脉冲，并在2微秒后按需在光纤中检索它们，总效率为（3.0 +/- 0.4）%。我们的研究结果表明，基于纳米纤维的冷原子接口具有很大的潜力，实现未来的光学量子信息网络的积木。
2015-02-04 quant-ph
Spatial distributions of the fields in guided normal modes of two coupled parallel optical nanofibers
我们研究了两个耦合的平行纳米光纤的导模中的场的横截面轮廓和空间分布。我们发现，在两个相同的纳米纤维的引导正常模式的字段的组件的分布是对称或反对称的径向主轴和切向主轴在横截面的纤维。磁场分量相对于主轴的对称性与电场分量相对于主轴的对称性相反。我们发现，在甚至$\mathcal{E}_z$余弦模式的情况下，在两个光纤中心的鞍点的纤维之间的区域中的电场强度分布是占主导地位的。同时，在奇$\mathcal{E}_z$ -正弦模式的情况下，在两个光纤中心处的电场强度分布达到恰好为零的局部最小值。我们发现，当光纤间距较小时，无论是光纤半径较小时，还是光波长较大时，耦合模理论的结果与精确模理论的结果相差较大。我们表明，在两个纳米纤维是不相同的情况下，强度分布是对称的径向主轴和不对称的切向主轴。
2020-12-17 physics.optics quant-ph
Measurement-feedback control of chiral photon emission from an atom chain into a nanofiber
本文从理论上研究了激光驱动的一维原子链与一个量子阱相互作用的反馈控制问题。界面导致原子发射体之间的所有对所有的相互作用，并诱导手性，即光子定向发射到光子的优选导模中。在我们考虑的设置中，引导光的测量-通过光子计数或通过光电流求积的零差检测进行-通过驱动激光场的调制反馈到系统中。我们研究了这种反馈方案如何影响光子计数率和引导光场的求积。此外，我们分析了反馈如何改变原子链的多体稳态。我们的研究结果提供了一些见解，如何控制和工程师的动态轻物质网络实现与国家的最先进的实验装置。
2020-10-23 cond-mat.quant-gas physics.atom-ph physics.optics
Collective emission of atomic nanorings around an optical nanofiber
该研究理论分析纳米光纤周围原子环的集体发射，发现环可选择性耦合导模并增强亚辐射和超辐射，为高效光-物质界面和波导量子电动力学提供新方案。
2025-06-20 physics.optics quant-ph
Dispersive response of atoms trapped near the surface of an optical nanofiber with applications to quantum nondemolition measurement and spin squeezing
我们研究了在色散相互作用下，光子与原子之间的强耦合。虽然Purcell增强因子的自发发射到导模没有达到强耦合制度的个别原子，可以获得高的协同性的合奏几千个原子由于紧限制的导模和建设性的干涉在整个链的被困原子。我们计算并矢格林函数，它决定了光的光的散射原子在光纤中的存在，从而相移和偏振旋转诱导的被困原子上的引导光。格林函数与量子化场对张量极化原子的色散响应的海森堡-朗之万处理有关。我们应用我们的形式主义量子非破坏（QND）测量的原子通过偏振。研究了完全混合自旋态原子的散粒噪声限制的原子数探测和钟态原子的投影噪声压缩。与自由空间中原子系综的压缩相比，我们利用了量子几何中出现的独特特征，包括导模的强度和偏振的各向异性。我们使用第一性原理随机主方程来模拟由于光抽运而引起的退相干中压缩随时间的变化。我们发现一个峰值约5 dB的压缩是可以实现的与当前的技术为约2500原子捕获180 nm的半径为a=225 nm的表面。
2016-01-14 physics.atom-ph physics.optics quant-ph
Electromagnetically induced transparency for guided light in an atomic array outside an optical nanofiber
研究了在电磁感应透明条件下，光场在光学介质附近的三能级原子阵列中的传输。我们检查两个方案的原子水平和场偏振的引导探测场是准线性极化沿长或短主轴，这是平行或垂直，分别向原子位置的径向方向。我们的数值计算表明，200个铯原子在一个线性阵列的长度为100 $μ$ m，在200 nm的距离，从表面的半径为250 nm的激光器可以减慢被引导的探测光的速度约$3.5\times 10^6$的一个因素（相应的群延迟约为1.17 $μ$ s）。在布拉格共振附近，很大一部分被引导的探测光可以以负群延迟被反射回来。反射场的反射率和群延迟与探测场的传播方向无关。然而，当输入引导光沿着长主轴准线性偏振时，透射场的透射率和群延迟基本上取决于探测场的传播方向。在布拉格共振条件下，在适当的内部状态下制备的原子阵列即使在无限大的原子数的限制下也可以传输沿主偏振方向在一个特定方向上偏振的引导光。被引导的光通过原子阵列的传输的方向性是被引导的光场的纵向分量的存在以及场偏振和原子偶极矢量两者的椭圆率的结果。
2015-05-17 physics.optics quant-ph
Cooperative enhancement of channeling of emission from atoms into a nanofiber
我们展示了从一串原子中产生定向的\textit{guided}超辐射的可能性，这些原子在平行于一个原子轴的直线上被一个或几个波长分开。我们发现，从原子到光纤的发射通道的速率和效率的协同增强的导模。
2007-07-02 quant-ph
Channeling of fluorescence photons from quantum dots into guided modes of an optical nanofiber tip
本研究通过微纳流体技术将量子点沉积在光学纳米光纤尖端，实现荧光光子进入其导模的通道化，经数值模拟得到最高44%的通道化效率，该光纤在线平台可为量子技术提供新方向。
2024-01-30 physics.optics quant-ph
Propagation of nanofiber-guided light through an array of atoms
我们研究了纳米纤维引导的光通过原子铯阵列的传播，同时考虑到超精细能级$6S_{1/2}F=4$和$6P_{3/2}F'=5$的$D_2$线之间的跃迁。我们推导出耦合模传输方程，输入输出方程，散射矩阵，传输矩阵，以及在线性，准静态，弱激发制度的引导场的反射和透射系数。我们发现，当原子基态子能级布居数的初始分布是平坦的时，在线性相干散射过程中，沿平行于原子位置径向的主轴$x$和垂直于原子位置径向的主轴$y$的准线性偏振不相互耦合.当引导探测场沿长主轴$x$准线偏振时，前向和后向散射具有不同的特性。我们发现，当阵列周期远离布拉格共振时，后向散射较弱。在布拉格共振下，大部分被引导的探测光可以在宽的场失谐区域中被反射回来，即使存在到辐射模式的不可逆衰减通道。当原子数足够大时，可以形成两种不同的带隙，其性质取决于引导探测场的极化。
2014-11-19 physics.optics quant-ph
Chiral excitation of a single atom by a single photon in a guided mode of a nanofiber
本文研究了单光子探测光脉冲与单个二能级原子在双光子晶体导模中的相互作用。我们研究了手征相互作用的情况，其中原子有一个偶极子旋转的双折射平面，和探测脉冲是准线性偏振沿径向原子位置在光纤横平面。我们表明，原子的激发概率，光子传输通量，光子传输概率依赖于沿光纤轴的探测脉冲的传播方向。相反，反射通量和反射概率不依赖于探测脉冲的传播方向。我们发现原子激发几率的非对称性参数不随时间变化，也不依赖于探测脉冲的形状。
2020-02-05 quant-ph
Quantum dynamics of an atom orbiting around an optical nanofiber
我们提出了一个新的平台，量子波包动力学的调查，提供了一个补充的方法，现有的理论模型和实验系统。它依赖于激光冷却的中性原子，这些原子在由红失谐引导光场产生的光学势中围绕光学势轨道运行。我们证明了原子质心运动具有真正的量子效应，如原子波包的坍缩和复活。作为独特的优势，我们的方法具有可调的色散关系，以及直接读出的波包动力学，并可以使用现有的量子光学技术来实现。
2012-09-13 physics.atom-ph physics.optics quant-ph
A Nanofiber-Based Optical Conveyor Belt for Cold Atoms
我们演示了冷铯原子在毫米级距离上沿光学通道的光学输运。原子被囚禁在一个由双色倏逝场包围的一维光晶格中，双色倏逝场分别与原子跃迁发生远红和远蓝失谐。蓝失谐场是一种纳米光纤导模，而红失谐场是一种驻波模，导致原子的周期性轴向约束。这里，该驻波用于通过使形成驻波的两个反向传播场相互失谐来沿波导传输原子。基于纳米纤维的传输的性能和局限性进行了评估，并讨论了可能的应用。
2012-12-17 physics.atom-ph quant-ph
The Optical Excitation of Zigzag Carbon Nanotubes with Photons Guided in Nanofibers
我们考虑来自亚波长直径光纤产生的消逝场的光子对半导体碳纳米管中电子的激发。这种纳米纤维的强烈变化的倏逝场需要放弃偶极近似。我们发现，这导致了新的效果，特别是高度依赖的光子吸收的相对取向和几何形状的纳米管，在光学和近红外域的设置。特别是，我们计算光子吸收概率的直纳米管和纳米管依赖于它们的相对角度。正交的纤维的纳米管被发现比平行的纳米管时，他们是短的执行更好。随着纳米管变长，平行纳米管的吸收被发现超过正交纳米管，并且对于极长的纳米管接近100%。此外，我们表明，如果纳米管以适当的方式缠绕在纤维周围，吸收增强。我们发现，光学和近红外光子可以转换为激发的效率，可能超过90%。这可能为未来的光电探测器提供机会，我们讨论可能的设置。
2011-11-22 cond-mat.mes-hall quant-ph
Real-time observation of single atoms trapped and interfaced to a nanofiber cavity
我们提出了一种基于光镊的单原子捕获方法。我们发现，单原子的荧光捕获的双腔可以很容易地观察到实时通过光纤导模。光子相关测量进一步阐明了原子数和陷阱的动力学。陷阱寿命测量为52 $\pm$ 5 ms。从不同腔衰减率测量的光子统计，原子-腔界面的有效耦合率估计为34 $\pm$ 2 MHz。对于线宽为164 MHz的腔模，这产生5.4 $\pm$ 0.6的协同性和85 $\pm$ 2%的腔增强沟道效率。这些结果可能为在全光纤平台上构建基于单原子的量子界面开辟新的可能性。
2019-08-09 physics.atom-ph physics.optics quant-ph
Nanofiber-mediated chiral radiative coupling between two atoms
本文研究了双原子与任意极化偶极原子之间的辐射耦合。我们提出了一个系统的推导主方程，单原子和交叉原子的衰变系数，和偶极-偶极相互作用系数的原子与真空场相互作用中的引导和辐射模式的双光子晶体。我们数值研究的情况下，原子的偶极子是圆极化。在这种情况下，发射速率取决于传播方向，即原子之间的辐射相互作用是手性的。我们研究了不同初始状态下原子的时间演化。我们计算了在光纤轴的正、负方向上自发发射进入导模的光子的通量和平均数。我们表明，手征辐射耦合修改原子的集体发射。我们观察到，修改强烈依赖于原子系统的初始状态，辐射转移方向，原子之间的距离，从原子到纤维表面的距离。
2016-12-14 physics.atom-ph quant-ph
Single Atoms on an Optical Nanofiber
我们表明，单原子可以被困在一个亚波长直径的二氧化硅纤维，光学介质的表面上，没有任何外部场，从原子自发发射的单光子可以很容易地检测到通过单一的导模的介质。工作的一个关键点是，我们发现，原子捕获网站创建的表面上的原子云周围的紫外激光辐射的辐射。
2007-09-18 quant-ph
Direction-dependent coupling between a nanofiber-guided light field and a two-level atom with an electric quadrupole transition
研究了纳米光纤引导的光场与二能级原子电四极跃迁耦合的方向依赖性。我们研究了原子位于光纤横轴$x$上，原子内态的量子化轴为另一正交横轴$y$，原子的上、下能级分别为碱金属原子超精细结构能级的磁子能级$M'$和$M$的情况，并且所述场处于具有偏振$ξ=x$或$y$的准线性偏振基导模HE $_{11}$中。我们发现在（$M'-M=\pm1$，$ξ=y$）和（$M'-M=\pm2$，$ξ=x$）情形下，四极拉比频率的绝对值依赖于光场的传播方向.我们表明，耦合的方向依赖性导致的导向模式的自发发射的方向依赖性。我们发现，在四极跃迁的情况下，原子-场耦合的方向依赖性并不完全是由于光的自旋-轨道耦合：还有一些其他的贡献，从场的空间相位因子的梯度。
2022-11-11 quant-ph
Transfer of angular momentum of guided light to an atom with an electric quadrupole transition near an optical nanofiber
本文研究了在光阱附近发生电四极跃迁的二能级原子与被导光子的角动量转移。我们证明了驱动引导场对原子的轴向轨道力矩的产生受四极跃迁的内态选择定则和角动量守恒定律的控制，光子的角动量在Minkowski公式中给出.我们发现，扭矩取决于光子的角动量，原子内部状态的角动量的变化，和四极跃迁拉比频率。我们数值计算了超精细结构能级$5S_{1/2}F=2$的子能级$M=2$和超精细结构能级$4D_{5/2}F'=4$的子能级$M'=0$、1、2、3和4之间的四极跃迁力矩。我们表明，高阶模式HE $_{21}$的转矩的绝对值大于基本模式HE $_{11}$的转矩的绝对值，除了$M'-M=2$的情况下，其中模式HE $_{21}$的转矩为零。
2022-05-25 quant-ph
Light-induced, fictitious magnetic trapping of cold alkali atoms using an optical tweezers-nanofiber hybrid platform
Okinawa Institute of Science and Technology Graduate University（冲绳科学技术大学院大学）；Imperial College London（伦敦帝国理工学院）
该研究利用光学镊子-纳米纤维混合平台，通过光诱导虚拟磁场实现冷碱金属原子的磁陷阱，实现了对原子位置、深度和频率的调控，为量子技术应用提供支持。
2026-01-22 physics.atom-ph physics.optics quant-ph
Optical trap for an atom around the midpoint between two coupled identical parallel optical nanofibers
我们研究了基态铯原子在两个耦合的相同的平行光学纳米纤维之间的中点周围的一个小区域中的捕获。我们建议在奇数$\mathcal{E}_z$ -正弦阵列模式中使用蓝色失谐的引导光场，以产生在纳米纤维之间的中点处具有精确为零的局部最小值的光学势。我们发现，当光纤间距和导光场功率较大时，范德华势对最小点附近的总俘获势的影响并不显著。对于适当的现实参数，净捕获潜力与约1 mK的显着深度，几秒钟的大相干时间，和一个大的反冲加热有限的陷阱寿命几个小时，可以得到。我们调查的依赖关系的捕获势的功率的引导光场，光纤半径，光的波长，和光纤的间隔距离。
2021-04-23 quant-ph
Cavity-enhanced channeling of emission from an atom into a nanofiber
研究了双光纤布拉格光栅（FBG）反射镜对原子自发发射的影响。我们发现，即使在腔精细度适中的情况下，光纤光栅腔也可以显著增强原子与光纤光栅导模之间的耦合。我们发现，当光纤半径为200 nm，腔精细度约为30时，高达94%的原子自发发射在过阻尼腔区可以被引导到导模。我们的数值和分析表明，真空拉比振荡和强耦合可以发生在FBG腔，即使当腔的精细度是温和的（约30）和腔长是大的（在10厘米至1米的顺序），不像平面和弯曲的法布里-珀罗腔的情况下。
2009-10-28 quant-ph
Composite picosecond control of atomic state through a nanofiber interface
针对纳米光子器件中光-原子耦合不均匀的问题，提出复合皮秒光脉冲方法，实现高保真度原子态控制，并通过实验验证，支持高精度局部原子控制。
2023-05-09 physics.atom-ph physics.optics quant-ph
Optical Nanofiber Testbeds for Benchmarking Membrane-Waveguide Photonic Integrated Circuit Platforms toward On-Chip Quantum Inertial Sensing
Sandia National Laboratories（桑迪亚国家实验室）；University of New Mexico（新墨西哥大学）；University of Oklahoma（俄克拉荷马大学）
本文提出三种创新，通过光学纳米光纤测试平台验证了蒸发场原子引导，展示了低功率引导自由运动的铯原子，并验证了原子相干性，为芯片级量子惯性传感奠定了基础。
2026-04-19 physics.atom-ph physics.optics quant-ph
Generation of cold Rydberg atoms at submicron distances from an optical nanofiber
我们报道了一个由冷里德伯原子和光学界面组成的可控混合量子系统。使用双光子梯形激发在$^{87}$ Rb，我们证明了相干和非相干里德堡激发在亚微米距离的表面。780 nm的光子，接近共振的$5S \rightarrow 5P$过渡，是由冷却激光器介导的，而482 nm的光，接近共振的$5P \rightarrow 29D$过渡，是由导模的介导的。用冷原子系综的布居损失率来度量里德伯布居率。一个理论模型来解释的结果，并链接到实验测得的，有效的拉比频率的过程中的人口率。这一工作在亚微米尺度下原子与表面相互作用的研究以及冷里德伯原子在全光纤量子网络和量子模拟中的应用方面取得了进展。
2020-02-19 physics.atom-ph quant-ph
Collectively enhanced chiral photon emission from an atomic array near a nanofiber
所有的天体都与辐射场相互作用。在一维原子阵列靠近光纤的情况下，这种集体光-物质相互作用不仅会导致光纤内光子与导模的耦合增加，而且还会导致光子发射中手性的急剧增强。我们表明，接近完美的手性已经实现了中等大小的合奏，包含10至15个原子。这对于开发具有单向耦合的原子和波导结构之间的有效接口具有重要意义，其在量子计算和通信中具有应用，例如非互易光子器件或量子信息传输通道的开发。
2019-10-04 cond-mat.quant-gas physics.optics quant-ph
High-cooperativity nanofiber laser
发射极与导模之间的无腔高效耦合对于非线性量子光学以及高效和可扩展的量子信息处理具有极大的当前兴趣。在这项工作中，我们将这些活动扩展到有机染料分子的耦合到一个高度受限的模式，允许在有效模式体积小于100毫微微升的无反射镜和低阈值激光作用。我们基于半经典速率方程对该激光系统进行建模，并给出了激光输出强度的解析紧凑形式。尽管缺少腔结构，我们实现了自发发射到波导模式的耦合效率为0.07（0.01），与我们的计算一致。在进一步的实验中，我们还演示了使用等离子体纳米粒子作为色散输出耦合器。我们的激光器结构是有前途的一些应用在光流体学，并提供了一个基本的模型系统，用于研究非共振反馈受激发射。
2014-03-07 physics.optics quant-ph
Fiber-optic quantum interface with an array of more than 100 individually addressable atoms on an optical nanofiber
Waseda University（早稻田大学）；National Institute of Information and Communications Technology（信息通信研究机构）；RIKEN Center for Quantum Computing (RQC), RIKEN（理化学研究所量子计算中心）
本文提出一种结合光学镊子单原子阵列可扩展性和纳米光子波导高效光物质接口的量子接口，实现了310nm光学纳米纤维引导光子与平均155个可单独寻址原子的接口，通过光子相关性测量验证了单原子陷阱的特性。
2026-03-23 quant-ph
Optical wire trap for cold neutral atoms
我们提出了一种利用纳米纤维引导的光场诱导的虚拟磁场来捕获冷中性原子的方法。与用载流导线实现的磁性侧导丝陷阱非常类似，当施加垂直于纤维轴的均匀偏置磁场时，可以形成捕获电势。我们详细讨论了激光冷却铯原子的方案，并发现陷阱深度和陷阱频率与基于双色纳米纤维的捕获方案相当，但捕获激光场的功率要低一个数量级。此外，所提出的方案允许人们使原子更接近表面，从而使原子与额外的光场有效的光学接口。具体而言，每个原子的光学深度，$σ_0/A_{\rm eff}$，超过0.4的预测，使该系统有资格为基于纳米纤维的非线性和量子光学实验。
2013-08-21 physics.atom-ph quant-ph
Collective radiative dynamics of an ensemble of cold atoms coupled to an optical waveguide
本文从实验和理论上研究了冷原子系综与单模光纤耦合时的集体辐射效应。我们的分析揭示了系统的微观动力学，表明原子和单个引导光子之间的集体相互作用沿着光传播方向的原子阵列逐渐建立。这些结果得到了时间分辨测量的光传输和反射的合奏后，通过纳米纤维引导的激光脉冲，其上升和下降时间短于原子寿命的激发。超辐射衰减超过一个数量级的速度比单原子自由空间的衰减率观察到的前向传播的引导模式中的发射，而在同一时间没有加速的衰减率测量在向后的方向。此外，通过将纳米纤维耦合的原子阵列插入45米长的光纤环形谐振器中来执行传输通过原子的光的位置分辨测量，这使我们能够通过实验揭示原子系综的集体响应的逐步增长。我们的研究结果突出了纳米光子冷原子系统为集体光-物质相互作用的实验研究提供的独特机会。
2021-09-02 physics.optics quant-ph
Composite device for interfacing an array of atoms with a single nanophotonic cavity mode
我们提出了一种方法，捕获原子阵列附近的复合纳米光子器件的表面与最佳耦合到一个单一的腔模式。该器件由一个安装在光栅上的光阱组成，允许在光阱表面附近形成周期性的光阱势以及一个高协同性的光阱腔。我们的设备分析模型，并找到良好的协议与数值模拟。我们数值模拟表明，对于一个实验现实的设备，可以形成一个阵列的陷阱，其中心与一个单一的腔模式的波腹重合，保证最佳的耦合腔。此外，我们模拟了一个陷阱，适合于一个单一的原子在100 nm的光纤表面，潜在地允许更大的耦合到光纤比发现使用典型的导模捕获技术。
2016-12-08 cond-mat.mes-hall physics.optics quant-ph
State-dependent potentials in a nanofiber-based two-color trap for cold atoms
我们分析了铯原子与由Vetsch \textit{et al.} [Phys. Rev. Lett. \textbf{104}，203603，（2010）]。特别强调的是虚拟的磁场所产生的矢量极化率的原子结合椭圆偏振的捕获场。考虑到交流斯塔克位移、原子间的超精细相互作用和磁相互作用，我们在空间固定点上求解定态的薛定谔方程，得到了依赖于塞曼态的囚禁势.类似于磁阱中的动力学，这些依赖于状态的捕获势的局部简并可以导致自旋翻转，因此应该避免。我们表明，这是可能的使用外部磁场。取决于该外部磁场的方向，所得到的捕获配置仍然可以表现出势极小值的状态依赖位移。在这种情况下，我们发现非零的Franck-Condon因子之间的运动状态的潜在的不同的超精细结构水平，并提出了微波冷却的可能性，在基于纳米纤维的双色陷阱。
2013-06-24 cond-mat.quant-gas physics.atom-ph quant-ph
Imaging and localizing individual atoms interfaced with a nanophotonic waveguide
单粒子分辨荧光成像是冷原子物理学中的一项使能技术。然而，到目前为止，这种技术还不适用于纳米光子原子光接口。在这里，我们的图像单原子被捕获和光学接口使用光学反射镜。近共振光从原子散射并成像，同时通过简并拉曼冷却抵消加热机制。我们在150毫秒内检测被困原子，并记录给定原子的图像序列。在我们的技术的基础上，我们进行了两个实验，其条件是纳米纤维捕获原子的数量和位置。我们测量了纳米纤维引导的共振光的传输，并验证了其指数缩放在几个原子的限制，根据比尔-朗伯定律。此外，依赖于原子间的距离，我们观察到的两个同时被困原子发射到的光场的干涉。所展示的技术能够实现后选择和可能的反馈方案，从而为新一代量子纳米光子学实验开辟了道路。
2020-08-26 physics.atom-ph quant-ph
Machine learner optimization of optical nanofiber-based dipole traps for cold $^{87}$Rb atoms
本研究利用环内随机人工神经网络机器学习器优化激光冷却过程，使基于光学纳米纤维的双色偶极阱中$^{87}$Rb原子的捕获数提升约50%、峰值光学深度提升70%，为倏逝场介导的集体原子-光相互作用研究提供支持。
2021-10-14 physics.atom-ph quant-ph
Ultralow-power single-pass all-optical photon router
本文提出结合原子俘获、横向光约束与光学纳米光纤的单光子路由方案，仅用飞焦级光束即可控制光子反射或透射。
2025-08-28 physics.atom-ph physics.optics quant-ph
Long-distance cascaded fluorescence of cold Cesium atoms coupled to an optical nanofiber
本文首次实验实现了冷铯原子系综间64米传播延迟的单向级联共振荧光，通过光学纳米光纤和光纤布拉格光栅构建双节点级联系统，并揭示了非马尔可夫动力学，为量子网络提供了光纤平台基础。
2025-07-21 quant-ph
Unraveling two-photon entanglement via the squeezing spectrum of light traveling through nanofiber-coupled atoms
我们观察到弱光场通过耦合到光学谐振子的原子系综时呈现正交压缩。从测量的压缩谱，我们获得直接访问的相位和振幅的能量-时间纠缠的双光子波函数的一部分，这产生于强相关的光子通过系综的运输。对于小的原子系综，我们观察到的光谱接近原子跃迁的线形，而边带观察到足够大的系综，与我们的理论预测一致。此外，我们改变了探测光的失谐量相对于原子共振，并推断出纠缠双光子波函数的相位。从频谱的振幅和相位，我们重建了时域波函数的实部和虚部。我们的纠缠双光子组件的表征构成了量子光学器件的诊断工具。
2021-07-29 quant-ph
Back-Scattering Properties of a Waveguide-Coupled Array of Atoms in the Strongly Non-Paraxial Regime
实验研究了在强非傍轴条件下，原子与光学介质倏逝耦合后的后向散射特性。我们观察到的功率和偏振的背散射光依赖于纳米纤维引导的激发场的方式，显着偏离基于两个层次的原子和标量波导的简单模型的预测。尽管它已被广泛用于波导耦合量子发射器的先前的实验和理论研究，因此，这个简单的模型是一般不足以甚至定性描述这样的系统。我们发展了一个从头算模型，其中包括原子的多层次结构和引导场的全部矢量属性，并找到非常好的协议与我们的数据。
2014-02-13 physics.atom-ph quant-ph
Enhanced cooperativity for quantum-nondemolition-measurement--induced spin squeezing of atoms coupled to a nanophotonic waveguide
我们研究了纳米光子波导附近原子-光界面中协同效应的增强，并将其应用于原子自旋的量子非破坏（QND）测量。这里，每个原子的协同性由测量强度与退相干率之间的比率确定。反直觉地，我们发现，通过将原子放置在一个方位角的位置，引导探测模式具有最低的强度，我们增加了合作。这是因为QND测量强度取决于探针和被引导到正交偏振模式中的散射光之间的干涉，而退相干速率取决于探针的局部强度。因此，通过适当地选择几何形状，对于高度各向异性模式，良好散射与不良散射的比率可以大大增强。我们应用这一点来研究自旋压缩所造成的QND测量自旋投影噪声通过法拉第效应在两个纳米光子的几何形状，一个圆柱形波导和方形波导。我们发现，大约2500个原子和使用现实的实验参数，$ \sim 6.3 $和$ \sim 13 $ dB的压缩可以分别实现在矩形和方形波导。
2018-03-15 physics.atom-ph physics.optics quant-ph
Probing Surface-Bound Atoms with Quantum Nanophotonics
在离表面超短距离处对原子的量子控制将为量子光学开辟一个新的范例，并为近表面物理的研究提供一种新的工具。在这里，我们研究了弱束缚在热光学介质表面的原子的运动态。我们从理论上证明，尽管声子诱导的退相干，这些状态的量子化与优化的机械性能的双光子晶体。我们进一步表明，这是可能的影响他们的属性与额外的纳米纤维引导的光场，并建议外差荧光光谱探测光谱的量子化原子运动。将原子的光学控制扩展到更小的原子表面间距可以为量子通信创造机会，并促进表面物理学，量子光学和冷原子物理学的融合。
2021-04-22 cond-mat.quant-gas physics.optics quant-ph
Directional nanophotonic atom--waveguide interface based on spin--orbit interaction of light
玻璃纤维形式的光波导是全球电信网络的骨干。在这样的光纤中，光通过在具有较高折射率的纤芯和较低折射率的包层之间的界面处发生的连续全内反射而被长距离地引导。虽然这种机制确保没有光从波导中逃逸，但它会在包层中产生倏逝场。虽然在标准光纤中保护该场不与环境相互作用，但是通常在空气或真空包层光纤中采用该场，以便使用例如，锥形光纤耦合器值得注意的是，后者所施加的强限制可以导致光的自旋和轨道角动量的显著耦合。利用这一效应，我们证明了受控的方向自发发射的光量子发射到一个亚波长直径的波导。在一个范例设置，包括铯原子位于附近的真空包覆的二氧化硅纳米粒子的影响进行了研究。我们实验观察到的不对称性高于10：1的发射率到对向传播的基本导模的双折射。此外，我们证明，这种不对称性可以定制的状态准备和适当的激发的量子发射器。我们希望我们的研究结果将有重要的影响，在纳米光子学和量子光学的研究和实现集成的光信号处理的经典以及在量子制度。
2014-06-20 physics.atom-ph physics.optics quant-ph
Measurement and simulation of atomic motion in nanoscale optical trapping potentials
被捕获在光纤周围的倏逝场中的原子与光纤模式中引导的光发生强耦合。然而，由于耦合的固有的强烈的位置依赖性，系综的热运动限制了被囚禁原子在某些量子任务中的使用。我们利用短光脉冲在原子态之间进行空间非均匀布居转移，研究了这种系综的热动力学。当我们监测由该方案产生的原子的波包时，我们发现了一种阻尼振荡行为，我们将其归因于原子的晃动和色散。振荡频率范围约为100 kHz，原子之间的运动退相发生在10 $μ$ s的时间尺度上。与蒙特卡罗模拟的1000个经典粒子的系综相比，模拟的系综温度在25 $μ$ K和40 $μ$ K之间具有合理的一致性。
2020-06-22 physics.atom-ph quant-ph
Highly efficient channeling of single photons into guided modes of optical nanocapillary fibers
本文数值优化充水NCF的内外径及SDS位置，实现单光子向导模52%的高效导入，可为量子技术与生物传感提供新平台。
2024-02-12 physics.optics quant-ph
Collective excitation and decay of waveguide-coupled atoms: from timed Dicke states to inverted ensembles
本文利用光学纳米纤维倏逝场耦合多达千个原子，实现约80%原子激发的强反转，并用级联相互作用模型解释其向波导模的集体辐射衰减。
2022-04-08 physics.atom-ph quant-ph
Nonlinear pi phase shift for single fiber-guided photons interacting with a single atom
实现单个光子之间的强相互作用是量子科学和技术的重要研究目标。由于光子不直接相互作用，因此这一目标需要，例如，一种光学介质，其中光经历的相移与光子数成非线性关系。一旦两个光子的额外相移达到π，这种超强的非线性甚至可以直接实现高保真量子逻辑运算。然而，标准光学介质的非线性响应对于这项任务来说太弱了许多数量级。在这里，我们展示了实现基于光纤的非线性，导致额外的双光子相移接近理想值的π。我们的方案采用了回音壁模式谐振腔，接口的光学谐振器，其中存在的一个单一的铷原子在谐振腔中的结果在一个强非线性响应。我们的实验结果表明，这将导致纠缠的初始独立的入射光子。在光纤集成系统中展示这种超强非线性是迈向可扩展量子逻辑的决定性一步。
2014-03-07 quant-ph
Spin selection rule for {\it S} level transitions in atomic rubidium under paraxial and nonparaxial two-photon excitation
本文报道了原子双光子跃迁自旋选择定则的实验检验。特别是，我们证明了在铷气体的$5S_{1/2}\to 6S_{1/2}$跃迁速率如下的螺旋度参数与激发光的偏振的二次依赖。对于通过单个高斯光束或热蒸气室中的两个反向传播光束的激发，跃迁速率与线性偏振度的平方成比例。当光是圆偏振时，速率达到零。与此相反，当激发是通过近场倏逝场实现时，仅通过改变光纤光的偏振态，双光子跃迁不能完全消失（理论上，在我们的实验条件下，不低于最大速率的13%）。我们的研究结果导致更深入地了解在强非傍轴光的原子中的多光子过程的物理。
2020-04-16 physics.atom-ph physics.optics quant-ph
Exploiting the local polarization of strongly confined light for sub-micron-resolution internal state preparation and manipulation of cold atoms
强限制光场必然表现出在亚波长尺度上变化的局部偏振。我们证明，这种单一的光学模式可以用来选择性地和同时操纵原子系综，这些原子系综彼此之间的距离小于一微米，并且与光场均匀耦合。该技术是实现与一个光学反射镜，它提供了一个强引导的光学模式和两个直径的铯原子的线性阵列之间的倏逝场接口。利用这一单一的光学模式，两个原子系综可以同时被光学泵浦到相反的塞曼态。此外，状态相关的光位移可以局部不同，从而使两个系综的独立相干操纵。我们的研究结果开辟了在纳米量子光学系统中对原子样品进行高级操作的途径。
2014-08-06 physics.atom-ph quant-ph
Generating a stationary infinite range tractor force via a multimode optical fiber
光纤限制和引导光几乎不衰减，因此在很长的距离上将光力传递到可偏振的纳米颗粒。辐射压力由被引导的光子散射到自由空间中而产生，而梯度力基于不同光纤模式或传播方向之间的相干散射。有趣的是，即使在共同传播模式之间的散射也会引起纵向力，因为光模式的横向限制会产生模式相关的纵波矢量和光子动量。我们概括了一个经过验证的散射矩阵为基础的方法来计算单个以及粒子间的力量，包括几个向前和向后传播模式。我们表明，只有在一个双模光纤中的高阶模的注入将引起一个固定的牵引力对注入方向，当模式耦合到低阶模式占主导地位，对反向散射和自由空间损耗。一般来说，这是由于波导中心处的非吸收颗粒引起的。该模型还提供了改进的预测粒子间的力量在倏逝波场最近的实验观察。令人惊讶的是，强大的牵引力也可以作用于整个光学绑定阵列。
2016-11-16 physics.optics quant-ph
Near-ground-state cooling of atoms optically trapped 300nm away from a hot surface
激光冷却原子与纳米光子结构的耦合为探索光-物质相互作用的新机制提供了一个强大的研究平台。虽然这些系统中的原子内部自由度的初始化已经实现，但原子量子态的完全准备还需要在量子水平上控制原子的质心运动。由于原子与处于环境温度下的光子系统非常接近，因此获得这种控制并不简单。在这里，我们展示了冷却的个别中性铯原子，这是光学接口的光在光学晶体，准备他们接近其三维运动基态。原子局域化距离热纤维表面小于300 nm。通过简并拉曼冷却实现了原子的基态制备，并通过对外差荧光光谱信号的分析推断了原子温度。我们的冷却方法可以通过外部施加或引导光场来实现。此外，它依赖于强烈限制的引导光场自然发生的偏振梯度。因此，该方法可以在基于纳米光子结构的任何阱中实现。我们的研究结果提供了一个理想的起点，如光诱导自组织，测量新的光学力，并在纳米尺度上使用量子探针的热传递的调查研究的新效果。
2017-12-15 quant-ph
Two-mode and dual-resonant planar photonic waveguides for efficient guiding and trapping of atoms
本研究针对超冷原子囚禁需求，提出基于悬浮光学肋形波导的双色双模倏逝光方案，通过高低频光分别以双模、单模传输并调谐至不同原子跃迁，提升偶极势深度，应用于铷原子时阱深可达0.3 mK以上。
2025-07-31 physics.app-ph physics.atom-ph quant-ph
