Fast Generation and Detection of Spatial Modes of Light using an Acousto-Optic Modulator
光的空间模式提供了一个可以用来编码经典和量子信息的高维空间。由于需要重新配置诸如空间光调制器或数字光调制器设备之类的高分辨率相位掩模，因此用于动态地生成和测量这些模式的当前方法是缓慢的。通过将一组静态相位掩模与快速的图像保持光学开关（例如声光调制器（AOM））复用，可以大大加速更新光的空间模式的过程。我们通过实验实现了这种方法，使用双通AOM产生五个轨道角动量状态之一，开关速率高达500 kHz。然后，我们应用该系统进行快速量子态层析成像的空间模式的光在2维希尔伯特空间，通过投影未知的状态到六个空间模式，包括三个相互无偏基地。我们能够在1 ms内重建任意状态，平均保真度为96.9%。
2020-07-31 physics.optics quant-ph
Quantum optics with diamond color centers coupled to nanophotonic devices
我们回顾了最近的进展，实现量子网络的基础上原子状的固态量子发射器耦合到纳米光子器件。具体来说，我们专注于实验涉及带负电荷的硅空位的钻石色心。这些发射器结合了均匀、相干的光学跃迁和长寿命的电子自旋量子存储器。我们讨论了该系统在低温下的光学和自旋特性，并描述了硅空位中心耦合到纳米光子器件的实验。最后，我们讨论了实验证明量子非线性在单光子水平和双发射器纠缠在一个单一的纳米光子器件。
2017-12-18 physics.optics quant-ph
Candidate overtone shear horizontal SAW resonators in thin-film lithium niobate for intermodal acousto-optic modulation
Wangzhijiang Innovation Center for Laser, Aerospace Laser Technology and System Department, Shanghai Institute of Optics and Fine Mechanics, Chinese Academy of Sciences（中国科学院上海光学精密机械研究所）；Center of Materials Science and Optoelectronics Engineering, University of Chinese Academy of Sciences（中国科学院大学物质科学与光电技术研究院）；School of Information Science and Technology, ShanghaiTech University（上海科技大学信息科学与技术学院）
提出基于薄膜铌酸锂的剪切水平声表面波谐振器，通过优化切角、波长和电极厚度，将SH0模式的声光重叠因子提升一个数量级以上，并实验验证了具有最高Q值843的泛音谐振器，适用于鲁棒高效的模态间声光调制。
2026-06-12 physics.app-ph physics.optics quant-ph
Hybrid acousto-optical swing-up state control in a quantum dot
针对量子系统态传输需求，提出混合声光方法实现量子点非共振电荷态控制，扩展全光摆起态制备技术，可制备激子等叠加态，高温下几乎无退相干，为多组分量子系统及片上态传输提供新方案。
2025-11-19 cond-mat.mes-hall quant-ph
Hybrid acousto-optical spin control in quantum dots
Institute of Theoretical Physics, Wrocław University of Science and Technology（弗罗茨瓦夫理工大学理论物理研究所）
本研究提出了一种混合声光自旋控制方法，通过光学和声学耦合实现高保真度的自旋旋转，适用于片上量子混合系统。
2025-12-16 cond-mat.mes-hall quant-ph
Superconducting Acousto-optic Phase Modulator
本文报道了一种制作在钛酸锂衬底上的超导声光相位调制器。在表面声波谐振器中放置钛扩散光波导，其中用于反射镜的电极和叉指型换能器由超导铌钛氮化物薄膜制成。该器件的性能作为当前电光调制器的替代品进行评估，具有相同的光纤耦合方案和可比的器件尺寸。在低温（T= 8 K）下操作该装置，我们观察到1.78 V $\cdot$ cm的长度-半波-电压（长度- $V_π$）乘积。数值模拟进行再现和外推的设备的性能。测试了在光波导的输入/输出端面上具有反射镜涂层的光腔，以进一步提高调制效率。估计当前器件的简单扩展可实现$V_π=$ 0.27 V的有效调制。
2021-04-23 quant-ph
Model-Based Real-Time Synthesis of Acousto-Optically Generated Laser-Beam Patterns and Tweezer Arrays
Technische Universität Darmstadt（达姆施塔特工业大学）；Helmholtz Forschungsakademie Hessen für FAIR (HFHF), GSI Helmholtzzentrum für Schwerionenforschung（黑森FAIR赫尔霍兹研究学院，GSI重离子研究中心）
本研究提出了一种基于模型的实时系统，实现二维多束激光图案化和扫描，通过高效计算模型和开环控制，克服传统方法的限制，提升材料加工、显微镜和光学镊子的应用性能。
2025-12-18 physics.optics quant-ph
Design of nanophotonic circuits for autonomous subsystem quantum error correction
我们重新应用我们的方法来设计纳米光子量子存储器，以制定一个光网络，自主保护一个单一的逻辑量子比特对任意单量子比特错误。该网络模拟9量子位Bacon-Shor子系统代码，通过连续的、与时间无关的光相互作用和单一处理的光场的相干反馈来取代传统的离散综合征测量和校正步骤。
2011-02-15 physics.optics quant-ph
Design and characterization of individual addressing optics based on multi-channel acousto-optic modulator for $^{171}$Yb$^+$ qubits
本文提出了一种基于多通道声光调制器的囚禁镱-171离子单址寻址光学器件，通过权衡串扰与数值孔径确定系统参数，并利用成像传感器和探针离子表征了光束特性，测得有效光束直径约2.34--2.36 $μ$m。
2024-03-31 physics.atom-ph quant-ph
Efficient quantum dot single photon extraction into an optical fiber using a nanophotonic directional coupler
我们展示了一种光谱宽带和高效的技术，用于收集从单个InAs量子点直接进入标准单模光纤的光致发光。在这种方法中，光纤锥形波导与具有嵌入式量子点的悬挂GaAs纳米光子波导接触放置，形成具有标准光纤输入和输出的高效宽带定向耦合器。在几十纳米的波长范围内的有效的光致发光收集被证明，和一个单一的量子点激子到单模光纤的最大收集效率为6.05%（相应的单光子速率为3.0 MHz）估计。
2011-09-27 physics.optics quant-ph
A flexible, open-source radio-frequency driver for acousto-optic and electro-optic devices
我们提出了一个射频驱动器，利用电信放大器，以实现高功率输出和宽带宽的设计。该设计包括两个紧凑的印刷电路板（总面积$< 255$ cm），其中包括电源（打开）和热管理，以防止意外损坏放大器电路。我们的驱动器在$10$ MHz至$1.1$ GHz频率范围内提供$>1$ W的输出功率，在$20$ MHz至$100$ MHz范围内提供$\geq 5$ W的输出功率。驱动器电路包括用于模拟频率和幅度调制（$\approx 70$ kHz带宽）以及数字电源切换（$40$ ns内消光的$> 30$ dB和最终消光的$> 90$ dB）的辅助组件。该射频源还可以在外部输入和集成压控振荡器之间进行数字切换。我们的设计是出于需要灵活，廉价的驱动器的光学有源器件，如声光和电光调制器。
2019-08-06 physics.atom-ph physics.ins-det quant-ph
Resonant multi-harmonic acousto-optics for programmable frequency control of visible light in a CMOS platform
University of Arizona（亚利桑那大学）；University of Colorado Boulder（科罗拉多大学博尔德分校）；Sandia National Laboratories（桑迪亚国家实验室）；Manzano Systems Inc.（马纳佐系统公司）
本文在CMOS平台氮化硅声光微结构中利用双谐波谐振实现可见光可编程频移，效率达50%，并具高边带抑制，克服了谐振增强与可编程性的权衡。
2026-09-23 physics.optics quant-ph
High Frequency Acousto-electric Single Photon Source
提出了一种基于声电效应的单光子源。声表面波（SAW）通过准一维通道传播时，会产生电子包，电子包位于SAW最小值处，以声速传播。在我们的方案中，这些电子包被注入到p型区域，导致光子发射。由于每个包中的电子数量可以被控制到单个电子，因此应该生成具有与驱动声场强烈相关的创建时间的单个（或N个）光子状态的流。
2000-04-20 cond-mat.mes-hall quant-ph
Anti-Parity-Time Symmetry in Passive Nanophotonics
非厄米光学系统中的宇称-时间（PT）对称性保证了在保守光学中没有的独特的光学效应和应用。它的对应物，反PT对称性，订阅了另一类有趣的光学现象，并暗示了奇异光操纵的互补技术。尽管取得了令人兴奋的进展，但到目前为止，反PT对称性仅在大体积系统或具有光学增益的系统中实现。在这里，我们报告了一个片上实现的非厄米光学与反PT对称性，通过使用一个完全无源的，纳米光子平台组成的三个倏逝耦合波导。通过在中心波导上沉积金属薄膜引入强损耗，实现了抗PT系统。利用微加热器调节波导的折射率，观察到了诸如等功率分裂、同步幅度调制、相位控制耗散以及从反PT对称到其破缺相位的转变等惊人的行为。我们的研究结果突出了奇异的反厄米纳米光子学与同一芯片上的传统电路相结合，从而可以为量子光学研究和可扩展的信息处理创建有价值的芯片器件。
2020-03-24 physics.optics quant-ph
Hybrid Acousto-Optical Double Dressing of a Two-Level System
JILA, University of Colorado, Boulder（科罗拉多大学博尔德分校 JILA）；Department of Physics, University of Colorado, Boulder（科罗拉多大学博尔德分校物理系）；National Institute of Standards and Technology（美国国家标准与技术研究院）
实验研究强激光驱动光学拉比振荡同时声场参数调制两能级频率的共振荧光，观察到偏离Mollow三峰的光谱，包括中心峰动态消失，双缀饰态模型捕获特征并验证最优冷却条件。
2026-06-17 quant-ph
Design and Characterization of Compact Acousto-Optic-Deflector Individual Addressing System for Trapped-Ion Quantum Computing
Duke University（杜克大学）；IonQ, Inc.（IonQ公司）；Sungkyunkwan University（成均馆大学）
本文提出了一种紧凑型声光偏转器系统，用于实现高稳定性、高保真度的被捕获离子量子计算中的个体寻址。
2026-01-04 physics.atom-ph quant-ph
Intense optical parametric amplification in dispersion engineered nanophotonic lithium niobate waveguides
集成光子学中的强放大是计算、通信、传感和量子信息处理最期望的光学功能之一。半导体增益和立方非线性，如四波混频和受激拉曼和布里渊散射，已经成为芯片上研究最多的放大机制之一。或者，具有强二次非线性的材料平台在增益和带宽方面具有许多优势，其中纳米光子锂离子材料是最有前途的候选材料之一。在这里，我们将准相位匹配与色散工程相结合，在纳米光子晶体锂酸盐波导中实现了强烈的光参量放大。我们测量了一个宽带相敏片上放大大于45 dB/cm的2.5毫米长的波导。我们进一步确认高增益操作的退化和非退化制度，通过放大真空波动的宏观水平在6毫米长的波导，与片上增益超过100 dB/cm的600 nm的带宽约2 $μ$ m。我们的研究结果为片上少周期非线性光学、中红外光子学和量子光子学开启了新的可能性。
2022-03-15 physics.optics quant-ph
Low-crosstalk optical addressing system for atomic qubits based on multiple objectives and acousto-optic deflectors
本文提出多物镜与对称配置 AOD 的双束聚焦 Raman 光学寻址系统，在 5.5 μm 离子间距下将 IA 串扰降至 1.19(5)×10⁻³，并可扩展至二维离子晶体。
2025-06-10 quant-ph
Hybrid microwave-optical scanning probe for addressing solid-state spins in nanophotonic cavities
基于固态原子缺陷的自旋-光子界面在量子信息处理中有着广泛的应用。为了最大化光-物质耦合强度，通常在纳米器件内部放置缺陷。将光和微波辐射有效地耦合到这些结构中是一项实验挑战，特别是在样品访问受限的低温或高真空环境中。在这项工作中，我们展示了一个基于光纤的扫描探针，同时耦合到一个平面光子电路的光，并提供高功率微波驱动电子自旋跃迁。光学部分实现了46%的单向耦合效率，而微波部分提供了强度高达9高斯的交流磁场。整个探头可以在$^3$ He低温恒温器内的大量设备上进行扫描，而无需自由空间光学访问。我们证明了这种技术与硅纳米光子电路耦合到单个Er $^{3+}$离子。
2020-12-11 physics.optics quant-ph
Superconducting single photon detectors integrated with diamond nanophotonic circuits
光子量子技术有望在非经典应用中重复集成纳米光子电路的成功。使用线性光学元件，量子光学计算可以用集成光学电路来执行，从而允许克服在可扩展性方面的现有限制。除了实现光子量子门的无源光学器件外，单光子源和单光子探测器等有源器件是未来光量子线路的重要组成部分。允许所有组件单片集成的材料系统特别有吸引力，包括III-V族半导体、硅和金刚石。在这里，我们展示了纳米光子集成电路，由高品质的多晶金刚石薄膜与片上单光子探测器相结合。使用超导纳米线耦合渐逝行波，我们实现了高达66%的高检测效率与低暗计数率和190 ps的定时分辨率相结合。我们的设备是完全可扩展的，并有望成为功能性金刚石光子量子设备。
2015-05-16 physics.optics quant-ph
Hybrid nanophotonic-nanomagnonic SiC-YiG quantum sensor: I/ theoretical design and properties
在这里，我提出了一种新的混合顺磁-亚铁磁SiC-YiG量子传感器的理论。它的目的是允许亚纳米级的单外部自旋灵敏度光学检测脉冲电子电子双共振光谱，使用X波段脉冲EPR光谱仪和光纤。该传感器包含一个单一的V2带负电荷的硅空位色心在4 H-SiC，其光致发光是波导的4 H-SiC纳米光子结构向光纤。该V2自旋探针通过在表面以下几纳米的深度处的离子注入来创建，通过在位于纳米光子结构的背面上的YiG亚铁磁性纳米条的强磁场梯度下光学检测的顺磁共振来确定。该梯度还允许在纳米级逐片研究目标顺磁性样品。这种量子传感器的制造过程中，它的磁性和光学特性，其外部自旋传感特性的结构生物学背景下，其集成到一个标准的商用脉冲EPR光谱仪都在这里。
2019-12-25 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.bio-ph
Doppler-free, Multi-wavelength Acousto-optic deflector for two-photon addressing arrays of Rb atoms in a Quantum Information Processor
我们展示了一个双波长声光偏转器（AOD）设计的两个波长偏转到相同的角度驱动两个RF频率。声光偏转器被设计成一个光束扫描器，用于在量子计算机中处理被囚禁的中性Rb原子的二维阵列中的双光子跃迁。动量空间被用于设计对于两个波长（780 nm和480 nm）具有相同衍射角并且在这些波长处具有非重叠布拉格匹配频率响应的AOD，使得当应用成比例的RF频率以使两个波长重叠时将不存在串扰。适当的晶体取向，晶体形状，传感器的大小，和传感器的高度确定与二氧化碲晶体（TeO2）制成的AOD。所设计和制造的AOD具有超过100个可分辨的斑点，在整个倍频程带宽内两个波长的宽分离的带形，两个波长（780 nm和480 nm）的空间重叠的衍射角，以及4 μ sec或更少的访问时间。其中第一装置上移且第二装置下移的级联AOD允许如寻址窄原子共振所需的无多普勒扫描而不失谐。实验表明，所设计的声光偏转器具有衍射限制的无多普勒扫描性能和空间分辨率。
2007-11-21 quant-ph
A paradigm for universal quantum information processing with integrated acousto-optic frequency beamsplitters
Purdue University（普渡大学）；Oak Ridge National Laboratory（橡树岭国家实验室）；Northern Arizona University（北亚利桑那大学）；Sandia National Laboratories（桑迪亚国家实验室）；Qunnect Inc.（Qunnect公司）
本文提出利用声光散射过程实现通用频率分束量子信息处理的新型范式，通过可控相位匹配实现2×2分束器和横模依赖相移器，构建可级联的FRODOs，实现任意单元ary操作。
2026-01-11 quant-ph
Coupling single atoms to a nanophotonic whispering-gallery-mode resonator via optical guiding
提出了一种在平面纳米光子电路近场耦合冷原子的高效光波导技术，并在具有单原子合作性$C\gtrsim 8$的微腔中实现了大原子-光子耦合到回音壁模.引导势是由衍射光在纳米光子波导上产生的，该波导平滑地连接到远场中的偶极阱，用于亚波长精度的原子引导。我们观察到原子诱导的光耦合到一个microns的透明度，表征原子-光子耦合率，提取引导原子通量，并演示单原子的片上光子路由。我们的演示有望与冷原子的纳米光子电路的手征量子光学和量子技术的新应用。
2023-03-09 physics.atom-ph quant-ph
Entanglement transport and a nanophotonic interface for atoms in optical tweezers
实现多量子比特系统的高效量子光学接口是科学和工程领域的一个突出挑战。使用单独控制的光镊耦合到纳米制造的光子晶体腔中的两个原子，我们演示了纠缠产生，快速无损读出，和原子量子比特的全量子控制。通过将量子比特编码为长寿命态并使用动态解耦，将纠缠态从腔中传输出去后，在自由空间中验证纠缠态。我们的方法将光链路和自由空间中的量子操作与相干单向传输连接起来，可能为原子量子处理器提供集成光学接口。
2021-09-25 physics.atom-ph physics.optics quant-ph
Heating in Nanophotonic Traps for Cold Atoms
在纳米光子波导中被捕获并与光发生光学接口的激光冷却原子是量子光学基础研究以及量子通信和量子信息处理中的应用的强大平台。自从这种混合量子纳米光子的第一次实现以来，在各种实验环境中观察到的原子运动的加热速率通常超过可比的自由空间光学微陷阱中的加热速率约三个数量级。这种过度加热是实现某些协议和设备的障碍。它的起源至今仍然难以捉摸，在纳米光子陷阱中遇到的小于光波长的典型原子-表面分离处，许多效应可能潜在地有助于原子加热。在这里，我们从理论上描述了波导的机械振动对被引导的光场的影响，并提供了纳米光子陷阱中粒子-声子相互作用的一般理论。我们测试我们的理论，将其应用到激光冷却的铯原子的情况下，基于纳米纤维的双色光阱。我们发现预测的加热速率和实验测量值之间的定量协议。我们的理论预测，在这种情况下，占主导地位的加热过程源于光阱原子的光机械耦合的热占据弯曲机械模式的波导结构的连续。除了解开长期存在的基于纳米纤维的原子陷阱过度加热之谜，我们还研究了加热速率对相关系统参数的依赖性。我们的研究结果使我们能够提出几种策略，以尽量减少加热。最后，我们的研究结果也是高度相关的光学力学实验与介电纳米粒子，光学捕获接近纳米光子波导。
2019-11-19 cond-mat.quant-gas physics.optics quant-ph
Optically addressing single rare-earth ions in a nanophotonic cavity
我们演示了光谱分辨单一钕稀土离子在钒酸钇光学探测。离子耦合到一个光子晶体谐振器，并显示出强烈的增强的光发射率通过Purcell效应，导致近辐射限制的单光子发射。测得的高耦合之间的一个单光子和离子的合作允许观察相干光拉比振荡。这可以使光学控制的自旋量子比特，量子逻辑门和自旋光子接口成为未来的量子网络。
2019-01-13 quant-ph
Coherent control and single-shot readout of a rare-earth ion embedded in a nanophotonic cavity
基于光学可寻址自旋量子比特的量子网络有望实现安全通信、分布式量子计算和基础物理测试。基于固态发光中心的量子网络的放大需要耦合到光子谐振器的相干自旋和光学跃迁。在这里，我们研究单个$\mathrm{{}^{171}Yb^{3+}}$离子在钇原钒酸盐耦合到一个纳米光子腔。这些离子具有光学和自旋跃迁是一阶不敏感的磁场波动，使光学线宽小于1 MHz和自旋相干时间超过30毫秒的腔耦合离子。腔增强的光发射率有利于有效的自旋初始化和保真度大于95%的条件单次读出。这些结果展示了一个基于单一相干稀土离子的固态平台，用于未来的量子互联网。
2019-07-28 quant-ph
Coherent nonlinear optics of quantum emitters in nanophotonic waveguides
相干量子光学，其中光子与发射体的相互作用不会扰乱相位相干性，是许多量子光学效应和新兴技术的核心。耦合到纳米光子波导的固态发射器是量子器件的有前途的平台，因为这种组合是可扩展的。然而，由于发射器的固态环境的动态特性，在这些系统中达到完全相干是具有挑战性的。在这里，我们回顾了与纳米光子波导耦合的固态量子发射器的相干光-物质相互作用的进展。我们首先为准一维系统中的二能级系统的相干和非线性光-物质相互作用奠定了理论基础，然后对实验实现进行了基准测试。然后，我们讨论了高阶非线性，由于增加了不同频率的光子，更复杂的能级计划的发射器，并通过共享的光子模式的多个发射器的耦合。在整个过程中，我们强调了基于这些连贯的相互作用的应用程序和新效果的协议，实现它们所采取的步骤，以及仍然需要克服的挑战。
2019-12-17 quant-ph
Trapping single atoms on a nanophotonic circuit with configurable tweezer lattices
纳米光子学附近的被困原子形成了一个令人兴奋的平台，用于自下而上合成强相互作用的量子物质。诱导可调谐的长程原子-原子与光子相互作用的能力为探索多体物理和量子光学提供了机会。在这里，我们实现了一个可配置的光镊阵列在一个平面光子电路定制冷原子集成和控制的捕获和高保真成像的一个或多个原子直接在光子结构上的阵列。使用光传送带由一个移动的光晶格内的镊子势，我们表明，单个原子可以从一个水库运输到附近的光子接口，潜在地允许无缺陷的原子纳米光子混合晶格的合成。我们的实验平台可以与普通的平面光子波导和谐振器集成，有望实现片上多体量子光学和量子技术的应用。
2019-04-11 cond-mat.quant-gas quant-ph
