Strongly coupling a cavity to inhomogeneous ensembles of emitters : potential for long lived solid-state quantum memories
我们从理论上研究了腔模与连续分布的辐射源的耦合。我们讨论了发射极非均匀加宽对极化激元峰的存在性和相干性的影响。我们发现，它们的连贯性取决于至关重要的分布的形状，而不仅仅是它的宽度。在一定条件下，与腔的耦合保护极化激元态不受非均匀加宽的影响，从而导致基于发射体系综的量子存储器的存储时间更长。当两个不同的发射体系综耦合到谐振器时，它们支持一种特殊的集体暗态，这对于量子信息的存储也非常有吸引力。
2011-09-02 cond-mat.mes-hall quant-ph
Cavity Quantum Electrodynamics Design with Single Photon Emitters in Hexagonal Boron Nitride
六方氮化硼（h-BN）是二维（2D）纳米电子学中的电介质和封装层的普遍绝缘晶体，也是2D纳米机电系统（NEMS）中的结构材料，随着最近发现光学活性缺陷中心和相关自旋态，也迅速成为量子光子学的有前途的平台。结合测量的发射特性，在这里，我们提出并数值研究了腔量子电动力学（cavity-QED）计划，将这些缺陷使单光子发射器（SPE）在h-BN微盘谐振器。微盘的回音壁性质可以同时支持具有不同径向和方位角模式指数的多个腔谐振族，克服了在空间和光谱上使单点缺陷与光学模式的最大电场重合的挑战。h-BN SPE的优异特性，包括优异的发射速率、相当高的Debye-Waller因子和室温下傅里叶变换有限的线宽，使得耦合与衰减速率之比g/max（γ，\k{appa}）高达500。这项研究不仅提供了深入了解发射极-腔相互作用，而且有助于实现h-BN光子器件，如低阈值微腔激光器和高纯度单光子源，对线性光学量子计算和量子网络应用至关重要。
2021-06-05 cond-mat.mes-hall physics.optics quant-ph
Photon Blockade in Two-Emitter-Cavity Systems
发射腔系统中的光子阻塞效应取决于缀饰能量本征态阶梯的非谐性。色心光子学的最新发展正在导致多发射器腔固态系统的实验演示，与传统研究的单发射器系统相比，该系统具有扩展的能级集合。我们专注于N = 2的非全同准原子强耦合到一个纳米腔在坏腔制度（与色心系统的参数范围内）的情况下，发现三个PB机制：极化激元，亚辐射和非常规。极化激元PB是单发射极腔系统中研究的常规机制，也发生在多发射极系统中的极化激元频率处。亚辐射光子束是一种新的干涉效应，它是由于发射体的非均匀加宽而产生的，它比极化激元光子束产生更纯净、更稳定的单光子发射。非常规PB在建模系统中对应于单光子和双光子相关统计的抑制和三光子相关统计的增强。使用有效的哈密顿方法，我们解开了这些现象的起源和时域演化。
2017-06-04 physics.optics quant-ph
Electro-mechanical control of an on-chip optical beam splitter containing an embedded quantum emitter
我们演示了一个包含量子点单光子源的片上GaAs光学分束镜的机电控制。该分束镜由两个纳米束波导组成，它们形成定向耦合器（DC）。DC的分束比通过使用机电致动改变两个波导的面外间隔来控制。我们可逆地调整的分束镜之间的初始状态，发射到两个输出臂，和一个最终的状态与光子发射到一个单一的输出arm. The设备代表了一个紧凑的和可扩展的调谐方法用于III-V族半导体集成量子光学电路。
2018-05-02 cond-mat.mes-hall physics.app-ph physics.optics
Phonon-Enabled Collective Strong Coupling of Color Centers in a Plasmonic Cavity
Institute for Experimental and Applied Physics, Kiel University（基尔大学实验与应用物理研究所）
本研究通过阴极发光和光致发光光谱，在室温下实现了六方氮化硼量子发射体与等离子体金空腔的集体强耦合，观察到振动跃迁与腔模的杂化分裂，为控制多量子发射体相互作用提供了新途径。
2026-10-08 cond-mat.mes-hall physics.optics quant-ph
Strongly coupled single quantum dot-cavity system integrated on a CMOS-processed silicon photonic chip
量子光子集成电路（QPIC）是构建量子技术应用集成器件的一种很有前途的工具。在光学领域，由互补金属氧化物半导体（CMOS）技术授权的硅光子学提供了用于实现大规模QPIC的光学组件。QPIC需要单光子水平的光学非线性来促进光子-光子相互作用。然而，迄今为止，具有确定性（即，尽管基于硅光子学的QPIC的功能性增强，但是通过使用基于硅的组件来实现单光子非线性（非概率性）是具有挑战性的。在本研究中，我们首次在CMOS制程的硅光子晶片上实现了强耦合的InAs/GaAs量子点-腔量子电动力学系统。采用转移印刷法在硅片上实现了GaAs腔体的异质集成。本文实现的CMOS光子芯片上的腔QED系统是一种很有前途的片上单光子非线性元件的候选者，它构成了基于QPIC的未来应用的基础组件，如通过腔对量子比特态的相干操纵和无损测量，以及高效的单光子滤波器和路由器。
2018-09-28 cond-mat.mes-hall physics.optics quant-ph
Monolithic Integration of a Quantum Emitter with a Compact On-chip Beam-splitter
集成量子光学电路的基本组件是在单光子水平上操作的片上分束器。在这里，我们展示了单片集成的按需量子发射器的形式，一个单一的自组装InGaAs量子点（QD）与紧凑的（>10 μ m），空气包层，独立的定向耦合器作为反聚束光的分束器。通过使用嵌入在装置的输入臂之一中的QD发射的单光子来测试装置。我们通过进行Hanbury Brown-Twiss（HBT）测量验证了QD信号的单光子性质，并通过对来自定向耦合器的单独输出端口的信号进行互相关来证明单光子束分裂。
2014-06-04 physics.optics quant-ph
Surface Acoustic Wave Cavity Optomechanics with WSe$_2$ Single Photon Emitters
表面声波（SAW）是一种通用工具，用于与跨越微波到光学频率的各种固态量子系统（包括超导量子比特、自旋和量子发射器）进行相干接口。在这里，我们展示了SAW腔光学力学与量子发射器在二维材料，特别是单层WSe $_2$，在一个平面锂超导SAW谐振器驱动的超导电子。使用稳态光致发光光谱和时间分辨单光子计数，我们映射的时间动力学调制的二维发射器耦合到不同的SAW腔模式下，显示能级分裂与30 meV/%的变形势耦合一致。我们利用SAW的大的各向异性应变来调制纳秒时间尺度上的激子精细结构分裂，这可能会在二维材料的按需纠缠光子对生成中找到应用。具有SAW和2D量子发射器的腔光学力学为多功能集成平台中的紧凑型传感器和量子电光力学提供了机会，该平台结合了声子，光学和超导电子量子系统。
2022-11-28 cond-mat.mes-hall quant-ph
Correlation functions for quantum dynamics of coupled quasinormal modes and quantum emitters interacting via finite-delay propagating photons
Technische Universität Berlin（柏林工业大学）；Queen’s University（女王大学）
本文提出了一种时间依赖理论，研究了在均匀介质中分离的损耗腔体通过量化 quasi 正常模（QNMs）相互作用的动力学，考虑了量子发射体与电磁场的耦合。
2026-07-17 cond-mat.mes-hall physics.optics quant-ph
Regime of small number of photons in the cavity for a single-emitter laser
从理论上研究了单发射极激光器在腔内产生少量光子的最简单模型。从场算符不同矩的方程组出发，得到了平均光子数及其色散的解析表达式。利用主方程方法，推导出相位平均准概率Q的微分方程。在某些极限情况下，找到了该方程的精确解.
2021-08-19 physics.optics quant-ph
Highly Efficient Coupling of Nanolight Emitters to a Ultra-wide Tunable Nanofibre Cavity
固态微腔结合了超小模体积、宽范围谐振频率调谐以及与单模光纤的无损耦合，是纳米光子学和量子网络的不可或缺的工具。我们开发了一个集成系统，提供所有这三个不可或缺的属性。它由一个纳米光纤布拉格腔（NFBC）组成，模式体积小于1微立方米，在可见光波长下可重复调谐能力超过20 nm。为了证明量子光-物质相互作用，我们建立了量子点与我们的可调谐NFBC的耦合，并实现了2.7倍的发射增强。
2015-04-10 cond-mat.mes-hall physics.optics quant-ph
Cavity-Enhanced 2D Material Quantum Emitters Deterministically Integrated with Silicon Nitride Microresonators
二维材料中的光学活性缺陷，如六方氮化硼（hBN）和过渡金属二硫属化物（TMD），是一类有吸引力的单光子发射器，具有高亮度、室温操作、发射器阵列的特定位置工程以及外部应变和电场的可调谐性。在这项工作中，我们展示了一种新的方法来精确地对齐和嵌入hBN和TMD内的背景无氮化硅微谐振器。通过Purcell效应，高纯度hBN发射器在室温下表现出高达$46\%$的腔增强光谱耦合效率，这超过了无腔波导-发射器耦合的理论极限和先前的演示近一个数量级。这些器件采用CMOS兼容工艺制造，并且没有表现出2D材料光学特性的退化，对热退火的鲁棒性以及单模波导内量子发射器的100 nm定位精度，为具有按需单光子源的可扩展量子光子芯片开辟了道路。
2022-06-29 physics.optics quant-ph
Chip-integrated plasmonic cavity-enhanced single nitrogen-vacancy center emission
金刚石晶体中单个氮空位中心的高时间稳定性和自旋动力学特性使其成为室温下最有前途的量子发射体之一。我们展示了一个集成芯片的腔耦合发射到传播的表面等离子体激元（SPP）模式，缩小NV中心的宽发射带宽，提高耦合效率。空腔谐振器由两个分布式布拉格反射镜组成，这两个分布式布拉格反射镜位于耦合NV发射极的相对两侧，并与介质加载SPP波导（DLSPPW）集成在一起，使用电子束光刻沉积在镀银硅衬底上的氢倍半硅氧烷抗蚀剂。实验表明，该腔的品质因数为70左右，半高宽约为10 nm，谐振波长可完全调谐。在腔共振时，自发发射的衰减率提高了42倍，表明DLSPPW模式限制很高。
2017-11-28 cond-mat.mes-hall physics.optics quant-ph
Spin emitters beyond the point dipole approximation in nanomagnonic cavities
在从量子信息科学到自由基的纳米化学的广泛领域中，对发射体的自旋状态之间的跃迁速率的控制是至关重要的。我们提出了一种方法来驱动一个电和磁偶极子禁戒的自旋发射体的过渡，将其放置在一个纳米磁腔，需要一个描述的自旋发射体超越点偶极子近似和真空磁场的纳米磁腔与一个大的空间梯度的自旋发射体的体积。我们专门研究了金刚石中的SiV $^-$缺陷，其塞曼分裂基态包括用于固态量子信息处理的逻辑量子比特，耦合到作为能够将微波磁场集中到深亚波长体积中的模型纳米磁性腔的磁性纳米颗粒。通过对SiV $^-$自旋轨道的第一性原理模拟，我们计算了磁偶极允许跃迁和磁偶极禁戒跃迁的自旋跃迁密度，并计算了它们与纳米磁腔中各种多极模的耦合率.我们设想使用这样一个框架的量子态转导和自旋量子比特在GHz频率尺度的状态准备。
2020-12-08 cond-mat.mes-hall physics.optics quant-ph
Vacuum Rabi spectra of a single quantum emitter
通过测量单个量子发射体向自由空间的直接自发发射，观测到了真空拉比分裂。我们在光子晶体纳米腔中使用了半导体量子点，结合适当的腔设计和偏振器和孔径的过滤，使得能够提取固有的微弱发射器的信号。发射体的真空拉比光谱与通过探测腔光子泄漏测得的光谱有明显的差别。此外，我们还观察到了由发射极和腔检测通道之间的干涉引起的不对称真空拉比谱。我们的观察奠定了基础，访问各种腔量子电动力学现象，表现出自己只在发射器的直接自发发射。
2015-03-06 physics.optics quant-ph
Unconventional saturation effects at intermediate drive in a lossy cavity coupled to few emitters
本文在Tavis-Cummings模型中提出并表征了一种利用大腔体耗散率、在中等驱动强度下由相消干涉产生的非常规非线性饱和效应，给出临界驱动强度解析式，并展示其在量子态工程和腔-发射体系统表征中的应用潜力。
2023-02-17 cond-mat.mes-hall quant-ph
Few emitters in a cavity: From cooperative emission to individualization
我们研究了电磁谐振器耦合到介观数量的两能级发射器，由弱外部驱动非相干泵浦的场的时间相关性。我们解决了主方程的系统发射器的数量增加，并作为腔品质因数的函数，我们确定了三个主要制度，其特征在于良好区分的统计特性的辐射。对于小的腔衰减率，发射事件是不相关的，并且发射场中的光子数变得大于1，类似于腔内激光场的建立。在中等衰减率（相比于发射器-腔耦合）和少数发射器，所发射的辐射的统计是聚束的，并惊人地依赖于发射器的数量的奇偶性。后者的属性是有关的协同性的发射器介导的耦合腔模式，并讨论了其与稳态亚辐射的连接。最后，在坏腔制度的典型情况下，从一个单独的发射器的集合发射恢复。我们还分析了如何合作的行为演变作为一个功能的纯移相，这允许恢复的情况下，一个经典的源的一个独立的发射器的合奏，类似于一个非常泄漏的腔。谐振腔的Q开关的最新技术，与最近的调谐单个发射器进入和退出谐振的能力相结合，表明该系统是不同量子态的多功能光源。
2011-06-04 cond-mat.mes-hall cond-mat.supr-con quant-ph
Integration of Single Photon Emitters in 2D Layered Materials with a Silicon Nitride Photonic Chip
光子集成电路（PIC）使得光学量子线路的小型化成为可能，因为可以在同一芯片上添加若干光学和电子功能。单光子发射器（SPE）是这种量子线路的核心构建块，并且已经开发了几种方法来将PIC与包含SPE的主体材料连接。嵌入在2D过渡金属二硫属化物中的SPE具有独特的性质，使得它们作为PIC集成的SPE特别有吸引力。它们可以很容易地与PIC连接并堆叠在一起以创建复杂的异质结构。由于发射器嵌入单层中，因此不存在全内反射，从而能够实现非常高的光提取效率，而不需要任何额外的处理以允许在主体和底层PIC之间的有效单光子转移。此外，基于2D的SPE阵列可以通过STEM图案化或应变工程确定性地制造。最后，以高晶圆级均匀性生长的2D材料变得越来越容易获得，使得它们可以在晶圆级与底层PIC匹配。在这里，我们报告的集成WSe $_{2}$单层到氮化硅（SiN）芯片。我们演示了耦合的SPE与SiN波导的导模和研究如何在芯片上的单光子提取可以最大限度地通过接口的2D-SPE与集成的电介质腔。我们的方法允许使用优化的PIC平台，而不需要在宿主材料中进行额外的处理。结合改进的2D材料的晶圆级CVD生长，这种方法为可扩展的量子光子芯片提供了一条有前途的路线。
2019-04-18 physics.optics quant-ph
Swing-up dynamics in quantum emitter cavity systems
本研究将SUPER方案扩展到腔中量子点，通过抑制激发周期内光子发射消除再激发，实现高纯度单光子与高纠缠双光子对。
2023-03-22 cond-mat.mes-hall quant-ph
Exact solvability and two-frequency Rabi oscillation in cavity-QED setup with moving emitter
本文研究了具有运动辐射源的腔QED系统中的能谱和相干动力学过程。我们发现，发射极的振动会引起有效的克尔和光机相互作用。我们将处理量子拉比模型的Bogliubov算符方法推广到我们的腔-辐射源-振动系统，精确地得到了系统的能谱。借助于Bogliubov算子方法，我们精确地得到了系统的能谱.此外，我们表明，系统的动力学表现出两个频率的拉比振荡行为。我们用光机械相互作用引起的发射极-腔修饰态之间的量子跃迁解释了这种现象。我们希望腔模与移动发射极之间的相互作用能够提供一个通用平台，以探索腔QED场景中更多的奇异效应和潜在应用。
2022-01-05 quant-ph
High-order exceptional point in a nanofiber cavity quantum electrodynamics system
提出了一种全光纤发射腔量子电动力学（QED）系统，该系统由两个二能级发射器和一个单模腔组成。我们的方案使得基于发射极和谐振腔之间的耦合来观察高阶例外点成为可能。该腔的有效增益可以通过两个相同的激光场弱驱动到双腔来获得，在实验中实现相干完全吸收（CPA）。在实验可行的参数下，该系统的哈密顿量满足伪厄米性条件，即其本征值可以由一个实数和一对复共轭构成，也可以全为实数。通过调节两个发射极-腔耦合强度的比值和发射极的衰减速率的比值，我们可以发现发射极-腔系统中不具有宇称时间对称性的三阶例外点（EP 3）和二阶例外点（EP 2）。这些结果也可以通过总的输出光谱和透射光谱来证明。当耦合强度大于EP 3点的临界耦合强度时，对称模产生。我们的建议将提供一个新的方法来实现高阶例外点。
2022-01-11 physics.optics quant-ph
Super-radiant emission from quantum dots in a nanophotonic waveguide
未来可扩展的光子量子信息处理依赖于将多个相互作用的量子发射器集成到单个芯片中的能力。量子点提供了理想的片上量子光源。然而，实现芯片上多个量子点之间的量子相互作用是一项具有挑战性的任务，由于其频率和位置的随机性，需要本地调谐技术和远程量子相互作用。在这里，我们展示了纳米光子波导上遥远的两个量子点之间的量子相互作用。我们通过将量子点集成到纳米光子波导的相同光学模式来实现光子介导的远程相互作用，并通过将片上热调谐器结合来克服光谱失配。我们观察到它们的量子相互作用的超辐射发射的形式，其中两个点集体发射速度比每个点单独。从集成的量子发射器产生超辐射发射可以使紧凑的芯片集成的光子结构表现出长程量子相互作用。因此，这些结果代表了朝着建立由半导体芯片上的多个相互作用的量子发射器组成的光子量子信息处理器迈出的重要一步。
2018-04-10 cond-mat.mes-hall physics.optics quant-ph
Collective dynamics of inhomogeneously broadened emitters coupled to an optical cavity with narrow linewidth
研究了耦合到窄线宽光腔中的非均匀加宽二能级辐射体系综的集体效应。利用二阶平均场论，我们发现在腔线宽的几倍内的发射体表现出同步行为，并经历集体拉比振荡。在适当的条件下，同步振荡产生调制的腔内场，该腔内场可以激发从腔谐振失谐许多线宽的发射器。为了进一步研究同步的细节，我们简化了模型，并考虑两个合奏和研究稳态特性时，发射器进行非相干驱动。
2019-10-16 quant-ph
Small slot waveguide rings for on-chip quantum optical circuits
单发射器和光之间的纳米光子界面有望实现新的量子光学技术。在这里，我们使用有限元模拟和解析量子理论相结合的研究各种量子发射器与槽波导环的相互作用。我们预测，对于半径小到1.44 $μ$ m（Q = 27，900）的环，可以实现近1的发射极-波导耦合效率和1300量级的发射增强。通过调整环的几何形状或引入损失，我们表明，现实的发射极环系统可以是弱耦合或强耦合，使我们可以观察到拉比振荡的衰变动力学，即使是微米大小的环。此外，我们证明了槽波导环可以用于定向耦合发射，再次与近单位效率。我们的研究结果铺平了道路，集成固态量子线路涉及各种发射器。
2016-10-11 physics.optics quant-ph
Hybrid integration methods for on-chip quantum photonics
集成量子光子学的目标是将用于产生、操纵和检测非经典光的组件组合在一个相位稳定且高效的平台中。固态量子发射器最近已经达到作为单光子源的杰出性能。与此同时，光子集成电路已经发展到可以在芯片上控制数千个元件，并且具有高效率和相稳定性。因此，研究人员现在开始将这些领先的量子发射器和光子集成电路平台结合起来，以实现每种技术的最佳性能。在这篇文章中，我们回顾了基于这种混合系统的集成量子光子学的最新进展。虽然混合集成解决了单个平台的许多局限性，但它也带来了因连接不同材料而产生的新挑战。我们回顾了固态量子发射器和光子集成电路中的各种问题，桥接这两个系统的混合集成技术，以及基于芯片的光子和发射器操纵方法。最后，我们讨论了集成量子发射器的片上量子光子学的剩余挑战和未来前景。
2019-11-28 physics.app-ph physics.optics quant-ph
Cooperativity of a few quantum emitters in a single-mode cavity
从理论上研究了单模腔与介观多个非相干泵浦量子辐射源耦合的辐射特性。我们提出了一个操作措施的介质合作，有效的坏腔和好腔制度。我们发现，相反的制度的亚辐射和超辐射对应的负和正的协同性，分别。激光制度的特点是由非负的协同性。在坏腔制度，我们表明，合作定义的过渡从亚辐射到超辐射。在良好的腔状态下，它有助于定义激光阈值，还提供指示激光状态的可区分的签名。提高腔模的质量会引起从单独的超辐射到激光区的交叉。此外，我们还验证了激光在很大范围内表现为正合作行为，表明受激发射和超辐射可以共存。的鲁棒性的协同性进行了研究，相对于实验的缺陷，如非均匀加宽和纯移相。
2013-10-07 cond-mat.mes-hall quant-ph
Creating Quantum Emitters in Hexagonal Boron Nitride Deterministically on Chip-Compatible Substrates
二维六方氮化硼（hBN）具有明亮的室温单光子发射体（SPEs），是一种很有前途的量子信息应用材料平台。走向hBN实际应用的重要一步是SPE的按需、位置控制生成。已经报道了几种策略来实现hBN SPE的确定性创建。然而，它们要么依赖于与集成光子器件不兼容的衬底纳米图案化过程，要么利用可能对hBN和底层衬底造成不可预测的损伤的辐射源。在这里，我们报告了一个辐射和光刻免费路线确定性激活hBN SPE纳米压痕与原子力显微镜（AFM）的提示。该方法适用于薄hBN薄片（厚度小于25 nm）的平面二氧化硅-硅基板，可以很容易地集成到芯片上的光子器件。通过使用多个尺寸的纳米颗粒，实现的SPE产率超过30%，并且对于大约400 nm的纳米颗粒，证明了36%的最大产率。我们的研究结果标志着确定性的创建和集成的hBN SPE与光子和等离子体激元芯片上的设备的重要一步。
2021-06-28 physics.optics quant-ph
On-chip excitation of single germanium-vacancies in nanodiamonds embedded in plasmonic waveguides
量子发射器在纳米级等离子体电路中的单片集成需要能够将光限制在远低于衍射极限的低损耗等离子体配置。我们展示了在芯片上远程激发纳米金刚石嵌入单量子发射器的等离子体模式的电介质脊顶部胶体银晶体。纳米金刚石被生产为包含单个锗空位（GeV）中心，提供适用于高度集成电路的明亮、光谱窄且稳定的单光子源。使用电子束光刻与氢硅倍半氧烷（HSQ）抗蚀剂，介电负载的表面等离子体激元波导（DLSPPWs）制造的单晶银板，以便包含那些被发现具有适当的单GeV中心的旋转铸造的纳米金刚石。低损耗等离子体配置使得532 nm泵浦激光能够在DLSPPW中在芯片上传播，并到达嵌入式纳米金刚石，其中包含单个GeV中心。远程GeV发射极由此被激发并耦合到空间受限的DLSPPW模式，由于约6倍的Purcell增强，约56%的耦合效率和约33 μm的传输长度，具有出色的品质因数180，揭示了我们的方法在芯片上实现纳米级功能量子器件的潜力。
2018-01-30 cond-mat.mes-hall physics.optics quant-ph
Indistinguishablity from dephased emitters using combined plasmonic-dielectric cavities
Technical University Berlin（柏林工业大学）；Imperial College London（伦敦帝国理工学院）；University of Bristol（布里斯托大学）
本文提出一种混合聚焦架构，利用等离子体纳米共振器和外介电腔实现去相位发射体的不可区分光子生成，通过降低腔体质量因子要求并提高光子收集效率。
2026-04-21 physics.optics quant-ph
Vector Vortex Beam Emitter Embedded in a Photonic Chip
矢量涡旋光束同时携带光的自旋和轨道角动量，为现代光学提供了额外的自由度，并为经典和量子信息技术提供了新的资源。固有的无限维度可以被利用来增强数据容量，以维持大数据和互联网流量的前所未有的增长，并且可以被编码以在高维希尔伯特空间中构建量子计算机器。目前，矢量涡旋光束从芯片表面发射到自由空间的研究已经取得了很大的进展，但在光子晶体芯片内部产生矢量涡旋光束的研究还没有实现。在这里，我们展示了第一个矢量涡旋光束发射器嵌入在光子芯片使用飞秒激光直写。我们实现了矢量涡旋光束与高斯光束的转换，转换效率高达30%，标量涡旋光束的转换效率高达74%。我们还提出了一个扩展的耦合模模型来理解模式转换和制造过程中的缺陷的影响。嵌入式产生的方式使得矢量涡旋光束可以直接用于进一步的传输、操纵和发射，而无需任何额外的互连。再加上作为阵列集成的能力，我们的研究结果可能使矢量涡旋光束能够在光子芯片内进行高容量通信和高维量子信息处理。
2020-01-27 physics.optics quant-ph
Cavity-mediated collective emission from few emitters in a diamond membrane
该研究通过将金刚石薄膜中的NV中心耦合到高精细度微腔，使少数非相干发射体进入集体发射区域，观察到超线性发射速率和光子聚束/反聚束现象，为多光子量子态生成和少发射体系统纠缠制备提供了前景。
2023-11-21 cond-mat.mes-hall quant-ph
Polariton Creation in Coupled Cavity Arrays with Spectrally Disordered Emitters
本研究探索了含光谱无序发射体的耦合腔阵列作为全光子量子模拟器，利用量子主方程和有效哈密顿量方法分析了极化激元的产生与局域化条件，并引入极化激元参与比和节点参与比两个新度量量化波函数性质，为固态系统腔量子电动力学工程提供了强大工具。
2024-03-26 cond-mat.str-el physics.optics quant-ph
Dark state semilocalization of quantum emitters in a cavity
我们研究了量子发射体集体耦合到无损耗腔模的无序系综。后者被发现修改的“暗”本征态的本地化特性，表现出被本地化的多个，非连续的网站上的字符。我们表示这样的状态半本地化，并通过标准的本地化措施来表征它们。我们表明，这些国家可以非常有效地促进相干能量输运。我们的论文强调了暗态在强光-物质耦合系统中的重要作用。
2020-10-22 cond-mat.mes-hall cond-mat.quant-gas quant-ph
Post-fabrication tuning of circular Bragg resonators for enhanced emitter-cavity coupling
本文提出通过制备后重复湿法化学刻蚀校正圆形布拉格谐振器与嵌入量子点之间的光谱失配，在AlGaAs谐振器中实现约16 nm波长调谐和4倍Purcell增强，并验证该方法可推广至其他材料平台以提升器件产率。
2023-09-27 physics.optics quant-ph
Photostable molecules on chip: integrated single photon sources for quantum technologies
量子光源和非线性元件的片上集成对发展可扩展的量子信息和通信光子平台提出了严峻的挑战。在这项工作中，我们展示了一种新的混合技术，它结合了单个有机分子作为量子发射器和介电芯片，脊波导和光栅远场耦合器组成的潜力。蒽晶体中的二苯并三萘分子具有长期的光稳定性、简单的制备方法、几乎单一的量子产率和低温下的寿命限制发射。考虑到两个传播方向，我们以高达42+/-2%的耦合效率将这样的单发射器耦合到氮化硅脊形波导。该平台旨在支持片上和自由空间单光子处理。
2017-04-19 cond-mat.mes-hall physics.optics quant-ph
Non-Markovian dynamics of few emitters in a laser-driven cavity
本文研究了激光驱动的Dicke模型。对于弱耦合系统的环境自由度的耗散动力学的发射器腔系统描述的Floquet主方程。系统演化投影到发射器自由度上导致非马尔可夫行为。我们量化的非Markovianity所产生的发射极动力学，并表明，这个量可以作为一个指标的耗散量子相变发生在高驱动振幅。
2017-09-09 quant-ph
Scalable deterministic integration of two quantum dots into an on-chip quantum circuit
具有确定性集成量子发射器的集成量子光子电路（IQPC）是可扩展量子信息应用的关键元件，近年来引起了极大的关注。然而，将它们放大到具有多个确定性集成量子发射器的全功能光子电路以产生光子输入态仍然是一个巨大的挑战。在这项工作中，我们报告的单片原型IQPC由两个预先选定的量子点确定性地集成到纳米束腔在2x2多模干涉分束器的输入端口。片上分束器的分束比接近50/50，集成的量子发射器具有高单光子纯度，能够进行片上HBT实验，描绘了确定性的可扩展性。总的来说，这标志着可扩展和功能齐全的IQPC的基石。
2023-03-14 cond-mat.mes-hall quant-ph
Quantum stabilization of a single-photon emitter in a coupled microcavity--half-cavity system
我们分析了谐振微腔中两能级发射体的量子动力学，其中光学反馈由远镜提供（即，半腔），其重点在于稳定发射器-微腔子系统。我们的处理完全在腔量子电动力学的框架内进行。具体而言，我们专注于动态的扰动暗态的发射器，以确定其稳定性（存在的时间振荡的解决方案周围的候选状态）或缺乏。特别是，我们发现的条件下，多个反馈模式的半腔有助于稳定性，显示出一定的类比与郎小林方程，它描述了一个激光二极管受到经典的光学反馈。
2019-02-23 quant-ph
A Tunable Waveguide-Coupled Cavity Design for Efficient Spin-Photon Interfaces in Photonic Integrated Circuits
耦合到光子晶体腔的固态发射器表现出增加的进入单频模式的光子发射。然而，耦合到量子发射器的光子晶体腔的当前设计具有三个主要问题：发射器被放置在表面附近，这会降低它们的光学性质，腔荧光不能被收集到单个有用模式中以用于进一步路由，以及制造后调谐当前不可能以稳定和可逆的方式单独用于每个节点。在本文中，我们介绍了一种混合腔的设计与最小的主机材料，保持发射器$\geq100\,$ nm的所有表面制造。该腔具有大于$1\times10^6$的无载品质因数（$Q$）和$5.5\times10^4$的有载$Q$，其中超过75%的发射直接耦合到由提供低损耗波导的方便材料构建的下层光子集成电路中。最后，这种设计可以被主动地和可逆地调谐到与发射器谐振，允许在腔线宽的10倍以上调谐，同时保持$Q$因子的$\geq50$ %，而对同一芯片上的其他腔没有影响。
2016-10-27 physics.optics quant-ph
Enhanced collective Purcell effect of coupled quantum emitter systems
腔嵌入式量子发射器显示出强烈的修改自由空间辐射特性，如增强衰减称为珀塞尔效应。中心参数是协同性$C$，相干腔耦合强度的平方与腔和发射体衰减速率的乘积的比率。对于单个发射体，$C$与跃迁偶极矩无关，并且由诸如精细度和模腰的几何腔特性决定。在最近的工作[物理学。119，093601（2017）]我们已经表明，偶极-偶极耦合量子发射体的系综中的集体激发显示出与腔模式的相干耦合和自发自由空间衰减之间的解纠缠。这导致了一个强大的增强腔协同周围的某些集体次辐射反共振。在这里，我们提出了一个量子朗之万方程的方法，旨在提供超越经典耦合偶极子模型的结果。我们表明，亚辐射增强的协同效应的影响刻在腔输出场的量子相关性，同时也强烈增加了腔发射系统的集体克尔非线性效应。
2019-04-30 quant-ph
Two-Photon Scattering by a Cavity-Coupled Two-Level Emitter in a One-Dimensional Waveguide
我们证明了在一维波导中，双光子输运可以被耦合到腔中的二能级发射体所调制。在普通情况下，由于多次反射和散射，透射光比没有腔体的情况具有更宽的频谱。但当两个光子与腔共振反射频率共振时，透射光的频谱变得比没有腔时的频谱窄。这意味着适当地调谐腔谐振频率可以改善光子-光子相互作用。此外，我们还发现在发射极跃迁频率的两侧，双光子强度关联函数几乎是相反的，而不是相同的，这正是双光子的Fano共振线的形状。这种效应对于降低光学MEMS器件中的功率阈值和传感应用是重要的。当发射极跃迁频率等于高Q腔的谐振频率时，我们的结果与最近的实验和理论相一致。
2011-11-28 quant-ph
Cavity-assisted spontaneous emission of a single $Λ$-type emitter as a source of single-photon packets with controlled shape
研究了经典泵浦的三能级$Λ$型辐射源在谐振腔中的辐射特性。特别地，研究了出射波包的单光子Fock态激发效率和波包的时空形状。结果表明，对于给定的形状的发射极-腔相互作用，调整的泵浦脉冲的形状，使其能够产生所需形状的单光子Fock态波包的发射效率高。
2018-12-03 quant-ph
Deterministic nano-assembly of a coupled quantum emitter - photonic crystal cavity system
单个量子发射体与其环境的相互作用是量子光学中的一个中心主题。当被放置在高度受限的光场中时，例如在光学腔或等离子体结构中产生的那些光场中，发射器的光学性质可以急剧改变。特别是，光子晶体（PC）腔显示出高品质因数与极小的模体积相结合。由于所需的定位精度，将单个量子发射器有效地耦合到PC腔具有挑战性。在这里，我们证明了确定性的耦合的单个氮空位（NV）中心的高品质的磷化镓PC腔，通过确定性地定位到腔模式最大值与几个纳米的精度，其50 nm大小的主机纳米晶体。耦合的结果在一个25倍的增强NV中心发射在腔波长。通过这种技术，NV中心的光致发光光谱可以被重塑，从而有效地产生相干光子，为量子科学提供了新的机会。
2011-07-02 cond-mat.other physics.optics quant-ph
Hybrid integration of solid-state quantum emitters on a silicon photonic chip
可扩展的量子光子系统需要耦合到集成光子器件的有效单光子源。固态量子发射器可以高效率地产生单光子，而硅光子电路可以在集成器件结构中操纵它们。因此，结合这两种材料平台可以显着增加集成量子光子器件的复杂性。在这里，我们展示了固态量子发射器到硅光子器件的混合集成。我们开发了一种拾放技术，可以定位外延生长的InAs/InP量子点发射在电信波长的硅光子芯片上确定性与纳米级精度。我们采用绝热锥形的方法将量子点的辐射高效率地传输到波导中。我们还采用了一个芯片上的硅光子分束器进行Hanbury-Brown和Twiss测量。我们的方法可以将预先表征的III-V量子光子器件集成到大规模光子结构中，以实现由许多发射器和光子组成的复杂器件。
2017-08-12 physics.app-ph quant-ph
Interference-induced directional emission from an unpolarized two level emitter into a circulating cavity
本文提出利用与同一循环腔手性耦合的辅助发射体，通过干涉效应使随机偏振的二能级发射体实现定向发射，并在坏腔强耦合条件下验证了该方案对噪声的鲁棒性。
2021-09-20 quant-ph
Phonon-tuned bright single-photon source
通过在光子纳米线或微腔中插入固态发射体，可以获得纯净明亮的单光子源。腔方法为大幅度提高光源工作频率提供了一种有吸引力的可能性。然而，它被认为是技术上要求很高的，因为发射器谐振必须匹配腔谐振。在这里，我们表明，光谱匹配的要求，实际上是强烈的发射器的固有耦合到它的环境。研究了一种由单个InGaAs量子点插入微柱腔构成的单光子源。声子耦合导致大的Purcell效应，即使当量子点从腔共振失谐。声子辅助腔增强发射是一个很好的单光子源，其亮度超过$40$ \%的失谐范围覆盖15腔线宽。
2014-12-18 cond-mat.mes-hall physics.optics quant-ph
Strong excitation of emitters in an impedance matched cavity: the area theorem, π-pulse and self-induced transparency
我从理论上研究了强脉冲激励腔内发射器的行为。该系综被认为是非均匀加宽的，并且在光学或RF光子的量子存储中找到了腔匹配的应用。我的分析是基于能量和脉冲面积守恒定律，预测特定区域的重要失真。数值模拟结果也很好地支持了这一结论。我提出了一个定性的解释慢光。与自由空间情形的类比是显著的。
2014-02-16 quant-ph
Nonclassical Light Generation from III-V and Group-IV Solid-State Cavity Quantum Systems
在这一章中，我们介绍了利用半导体腔量子电动力学（QED）平台产生光的非经典态的最新进展。我们的重点是光子封锁效应，使无法区分的光子流的产生具有高纯度和效率。从光学纳米腔中InGaAs量子点的领先平台开始，我们回顾了与腔强耦合的单个量子发射器的物理。此外，我们还提出了一个完整的III-V族量子点腔QED系统的光子阻塞和隧穿模型。转向量子发射器与小的不均匀加宽，我们提出了一个新的实验的基础上，IV族色心系统的非经典光产生的方向。我们提出了一个模型的多发射腔QED平台，其特点是更丰富的修饰态梯形结构，并显示它如何可以提供机会，研究新的制度的高质量的光子封锁。
2017-06-05 cond-mat.mes-hall physics.optics quant-ph
Control of the electromagnetic environment of a quantum emitter by shaping the vacuum field in a coupled-cavity system
提出了一种腔量子电动力学中发射极-场耦合速率的超快控制方案。这是通过在耦合腔结构中调制光学模式来控制发射器所看到的真空场来实现的。该方案允许在不干扰发射器的情况下对耦合率进行开/关切换，并且不会在所发射的光子上引入频率啁啾。它可以用来控制单光子脉冲的形状，以实现高保真度的量子态转移，控制拉比振荡，以及作为激光器中的增益调制方法。我们讨论了基于光子晶体腔和微波电路的两种可能的实验实现。
2015-03-20 quant-ph
Beating the Bad-Cavity Limit via Auxiliary-Emitter Linewidth Squeezing
State Key Laboratory of Optoelectronic Materials and Technologies, School of Physics, Sun Yat-sen University（中山大学物理学院光电材料与技术国家重点实验室）
该研究在坏腔中引入两个失谐相反的非全同辅助发射极，通过亚辐射模式压缩有效腔线宽，使裸腔处于弱耦合时目标发射极仍实现强耦合，为量子计算等应用提供新平台。
2026-07-31 quant-ph
Integrating cavity quantum electrodynamics and ultracold-atom chips with on-chip dielectric mirrors and temperature stabilization
我们制作了一个原子芯片器件，它结合了冷原子磁捕获电路和适用于单原子强耦合腔QED的高精细度光学谐振腔。在横向尺寸< 100 μ m的微图案化片上平面镜和悬置在芯片上方的曲面镜之间形成精细度F > 2 × 10^5的法布里-珀罗光学谐振器。在原子芯片的模拟操作期间，利用片上电元件和光学元件之间的强且快速的热耦合来稳定伺服带宽超过100 kHz的腔镜分离。
2007-07-02 quant-ph
Investigation of Purcell enhancement of quantum dots emitting in the telecom O-band with an open fiber-cavity
本研究将电信O波段半导体量子点集成到可调谐开放式光纤腔中，观测到Purcell效应导致的衰减时间最多缩短2.46(2)倍，分析了系统限制因素，为高效电信量子光源研发指明路径。
2024-08-06 physics.optics quant-ph
Adiabatic elimination for ensembles of emitters in cavities with dissipative couplings
我们考虑一个腔耦合的二能级发射体通过完全（相干和耗散）偶极-偶极相互作用相互作用的系综。使用绝热消除过程中，我们推导出有效的运动方程的子系统组成的腔和一个单一的发射器。这些方程可用于增强单发射器腔耦合的方案，如[S。Schütz，J. Schachenmayer，D.哈根米勒湾K. Brennen，T. Volz，V. Sandoghdar，T. W.埃贝森角基因，G. Pupillo，e-print arXiv：1904.08888].我们分析了有效的子系统参数的限制，并研究如何在子系统中的联合耗散衰变过程影响腔耦合特性的单发射器和腔传输谱。
2019-12-29 quant-ph
Photon blockade in weakly-driven cavity QED systems with many emitters
我们利用散射矩阵理论分析了弱驱动相干驱动CQED系统中的光子阻塞。通过用单光子和双光子Fock态近似弱相干驱动，我们将传输和双光子关联函数的计算复杂度从指数降低到了多项式.这使我们能够轻松地分析基于腔的系统包含$\sim$ 50量子发射器与适度的计算资源。利用这种方法，我们研究了共振和失谐多发射极CQED系统中增加发射极数目时极化激子光子阻塞的相干统计-我们发现，增加发射极数目会降低共振系统中的光子阻塞，并改善失谐系统中的光子阻塞。我们还分析了通过这个系统的极化激子和亚辐射光子阻塞的发射频率的非均匀加宽的影响。
2019-05-29 quant-ph
