Multipolar Light-Matter Hamiltonians in Symmetry-Breaking Photonic Vacuums
Tsung-Dao Lee Institute, Shanghai Jiao Tong University(上海交大李政道研究所);School of Physics and Astronomy, Shanghai Jiao Tong University(上海交通大学物理与天文学院);Shanghai Branch, Hefei National Laboratory(合肥国家实验室上海分部)
该研究推导了空间手性和时间手性两种破缺对称性光子真空下的多极光-物质哈密顿量,以腔中类氢原子等为例验证其会引发特征光谱移动,为手性量子电动力学提供了通用描述框架。
2026-08-21 cond-mat.other physics.atom-ph physics.optics
Probabilistic Photonic Computing with Chaotic Light
针对传统人工神经网络无法捕捉预测不确定性、贝叶斯概率模型对传统计算架构挑战大的问题,提出结合混沌光与非相干光子处理的概率计算架构,实现70.4 GS/s并行采样,可同时完成图像分类与不确定性预测,验证了超高速概率计算的可行性。
2024-01-31 cond-mat.dis-nn physics.optics
Supercontinuum generation in the vacuum ultraviolet through dispersive-wave and soliton-plasma interaction in noble-gas-filled hollow-core photonic crystal fiber
我们报告了一个从真空紫外(VUV)延伸到近红外的三倍频程宽的超连续谱的产生,跨越至少113到1000 nm(即,11至1.2 eV),在填充He的空芯Kagome型光子晶体光纤中。数值模拟证实,主要机制是一种新的和以前未发现的色散波发射和等离子体诱导的蓝移孤子再压缩光纤零色散频率附近的相互作用。超连续谱的VUV部分,其建模显示是相干的,并具有简单的相位结构,具有足够的带宽来支持500阿秒持续时间的单周期脉冲。我们还表明,在同一系统中,产生窄带真空紫外脉冲,通过色散波发射,可调从120到200 nm的效率超过1%,真空紫外脉冲能量超过50 nJ。
2015-09-03 physics.optics
Measuring the Aharonov-Anandan phase in photonics
Aharonov-Anandan相位是对量子态非绝热循环演化几何性质的描述。在这里,我们报告在光子学的Aharonov-Anandan阶段的测量。我们考虑一个初始制备在真空态的与时间无关的量子驱动谐振子。我们利用渐逝耦合波导来实现这个物理模型,并通过集成干涉法实现了Aharonov-Anandan相位的测量。
2015-10-29 physics.optics quant-ph
Coherent thermal conductance in multilayer photonic crystals
利用S矩阵方法精确计算了一维多层光子晶体的相干热导。特别地,我们研究了在双层结构的平板的Si/真空或Al $_2$ O $_3$ /真空的辐射热通量的精确表达式的装置的热导。我们比较我们的结果与在以前的作品中获得的结果。我们的研究结果表明,耦合的表面模式,以及材料损耗起着至关重要的作用,在定义的热导的PC。
2012-06-25 cond-mat.mes-hall physics.optics quant-ph
A novel view of plane wave expansion method in photonic crystals
提出了一种基于简单平面波展开的方法,可以方便地求解真空与半无限大光子晶体的界面问题。该方法的目的是找到完整的一套所有的本征函数,传播或倏逝,在一个固定的频率的翻译运营商$\{{\bf T_R} \}$。利用这些本征函数及其本征值,可以确定透射波和反射波。介绍了二维光子晶体的两种应用。第一种是确定真空-光子晶体界面法线方向的选择规则,以在带隙频率下获得最大的衰减效果。第二个是计算光从真空入射到半无限大光子晶体的透射率和反射率。作为一个例子,我们重新计算了K. Sakoda等人的结果与他们的一致。
2003-07-30 physics.comp-ph physics.optics
Free electron emission in vacuum assisted by photonic time crystals
提出利用光子时间晶体的时间周期性调制,使真空中自由电子产生高度定向、可放大的类切伦科夫单色辐射,为粒子识别和弱信号检测提供新途径。
2023-11-02 physics.optics
Biasing the quantum vacuum to control macroscopic probability distributions
本文通过向光学参量振荡器注入平均少于一个光子的真空级偏置脉冲,实现了可控光子概率比特,并展示了其在亚光子级微弱场传感和超快概率计算中的潜力。
2023-04-24 physics.optics quant-ph
Acceleration of Free Electrons by Photonic Time-Crystals
Technion(以色列理工学院)
研究时变介质中自由电子与光子的量子相互作用,发现周期性调制在动量间隙内指数放大电子-光子耦合,实现任意大动量转移,为加速自由电子和塑造其量子态提供平台。
2026-06-23 physics.optics quant-ph
Narrowband vacuum ultraviolet light via cooperative Raman scattering in dual-pumped gas-filled photonic crystal fiber
许多领域,如生物光谱学和光化学通常需要真空紫外(VUV)脉冲源,其特征在于窄线宽和在宽频率范围内可调谐。然而,大多数可用的VUV光源不能同时满足这两个要求,并且很少有真正紧凑,具有成本效益且易于非专业人员使用的光源。在这里,我们介绍了一种新的方法,可以很好地应对这一挑战。它是基于充氢空芯光子晶体光纤的同时泵浦两个光谱远脉冲。受激拉曼散射能够产生气体中集体分子运动的相干波,这与仔细的色散工程和对泵浦光的模态内容的控制一起,促进了两个单独的拉曼梳之间的合作,从而产生深入到VUV的光谱。使用该系统,我们证明了双拉曼梳的窄带线延伸到141 nm,仅使用100 mW的输入功率提供的商业固体激光器的产生。该方法可以使任何实验室都能够获得可调谐的VUV光,从而促进多个学科的许多研究领域的进展。
2020-06-10 physics.optics
Single-molecule vacuum Rabi splitting: four-wave mixing and optical switching at the single-photon level
单个量子发射体可以具有非常强的固有非线性,但其对非线性效应的总体承诺受到与入射光子有效耦合的挑战的阻碍。另一方面,普通的非线性光学材料易于耦合,但体积庞大,严重限制了光子系统的小型化。在这项工作中,我们表明,一个单一的有机分子作为一个非常有效的非线性光学元件在强耦合制度的腔量子电动力学。我们报道了非线性信号产生和全光开关中的单光子灵敏度。我们的工作促进了分子在集成光子电路等应用中的使用,这些应用可以在非常低的功率下运行。
2021-05-06 physics.optics quant-ph
Vacuum-UV to IR supercontinuum in hydrogen-filled photonic crystal fiber
虽然超连续谱源很容易用于可见光和近红外,最近也用于中红外,但生物学、化学和物理学的许多领域将大大受益于紧凑、稳定和光谱明亮的深紫外和真空紫外超连续谱源的可用性。然而,这些来源尚未开发。在这里,我们报告了一个明亮的超连续谱的产生,从124 nm到超过1200 nm的跨越超过三个倍频程,在氢填充kagomé式空芯光子晶体光纤(kagomé-PCF)。波长为805 nm的几μJ,30 fs的泵浦脉冲被发射到光纤中,在那里它们通过拉曼增强克尔效应进行自压缩。建模表明,在达到最小子周期脉冲持续时间约1 fs之前,远小于一个周期的分子振动(8 fs),脉冲包络的非线性整形,由自陡化和冲击形成加剧,产生超短的功能,导致脉冲激发的长寿命相干分子振动。这些相位调制脉冲的后沿上的强VUV色散波(在182 nm或6.8 eV处),进一步将光谱加宽到VUV中。结果还首次表明,kagomé-PCF在真空紫外下具有良好的导向性。
2015-02-26 physics.optics
Ultrafast All-Optical Measurement of Squeezed Vacuum in a Lithium Niobate Nanophotonic Circuit
本研究在铌酸锂纳米光子电路中利用光学参量放大实现压缩真空的全光Wigner层析成像,通过色散工程获得超宽带宽,理论时钟速度达6.5太赫兹,为集成室温平台上的超快全光量子信息处理奠定基础。
2025-10-23 physics.optics quant-ph
Photon Squeezing in Photonic Time Crystals
针对光子时间晶体的真空放大与压缩问题,本文提出光子对产生理论,建立反射率与压缩参数的直接关系,并证明动量带隙可非共振地指数增强动态卡西米尔过程。
2024-05-08 physics.optics quant-ph
Generation of a VUV-to-visible Raman frequency comb in hydrogen-filled kagomé photonic crystal fiber
我们报道了在266 nm泵浦的充氢kagomé型光子晶体光纤中产生的纯振动拉曼梳,从真空紫外(184 nm)延伸到可见光(478 nm)。在紫外区,较高的拉曼增益增强了受激拉曼散射和分子调制过程。由于光纤-气体系统在紫外光中的压力可调正常色散景观,高阶反斯托克斯带优先在高阶光纤模式中产生。这些结果为基于可调谐光纤的深紫外光和真空紫外光源的应用铺平了道路,例如,光谱学和生物医学。
2016-10-07 physics.optics
Topological-Vacuum-Induced Strong Photon-Exciton Coupling
该研究利用拓扑光子晶体边缘态构造电磁真空背景,将介电纳米天线线宽从百余纳米压缩至数纳米,实现强光子-激子耦合与高收集效率,为量子光学光-物质调控提供新途径。
2024-08-21 physics.optics
Quantum Photonic Gates with Two-Dimensional Random Walkers
本文研究利用连续时间二维随机行走光子在硅介质中通过逆向设计实现高保真概率性量子门,提出C-NOT门和X门,并分析其空间关联性,推动线性光学量子计算的实用化。
2024-11-22 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
Strongly coupled single quantum dot in a photonic crystal waveguide cavity
嵌入在光子晶体波导中的腔为量子电动力学应用的耦合谐振器的大规模集成提供了一条有前途的途径。在这封信中,我们演示了一个强耦合系统形成的一个单一的量子点和这样的光子晶体腔。从沿光子晶体波导的面外散射信号的光致发光映射中清楚地识别出源自腔的谐振。通过温度控制将量子点激子调谐向腔模。在共振时观察到~ 140 \mueV的真空拉比分裂。
2010-03-26 cond-mat.mes-hall physics.optics quant-ph
Fully Integrated Vacuum-based Quantum Random Number Generator
提出一种全集成片上量子随机数发生器,结合硅与III-V平台并采用微透镜耦合封装,实现了6.57Gbps生成速率,推动了大规模商业化应用。
2025-05-03 physics.optics quant-ph
Interaction of atomic systems with quantum vacuum beyond electric dipole approximation
光子环境可以显著影响原子系统的发射特性和相互作用。在这种情况下,通常假设电偶极子近似是合理的,只要原子系统的空间范围与场的空间变化相比可以忽略不计。虽然这适用于许多典型的系统,但它不再适用于更现代的纳米光子结构。为了超越电偶极近似,我们提出并发展了一个分析框架来描述光子环境对电偶极近似之外的原子系统的发射和相互作用性质的影响。特别是,我们保留明确的磁偶极和电四极贡献的光物质相互作用。我们利用场量子化方案的基础上,电磁格林张量,适用于色散材料。我们得到了自发发射率、兰姆位移、多极-多极位移和超辐射率的表达式,并对色散环境进行了修正。所考虑的影响可能是实质性的适当定制的纳米结构的光子环境,示范证明。
2019-11-18 cond-mat.mes-hall physics.atom-ph physics.optics
Multiple Interacting Photonic Modes in Strongly Coupled Organic Microcavities
该研究通过对真实多模光学谐振腔内分子系综的微观量子描述,揭示低精细度多模下分子偶极子与非共振腔模耗散通道的部分杂化会限制光-物质相干程度,指出真空拉比分裂是光与物质相干混合的必要非充分条件。
2024-07-06 cond-mat.mes-hall physics.chem-ph physics.optics
Operational theory for photonic circuits: generalizing linear optics beyond quantum theory
Naturwissenschaftlich-Technische Fakultät, Universität Siegen(锡根大学自然科学技术学院);Department for Quantum Technology, Universität Münster(明斯特大学量子技术系);Institut für Theoretische Physik, Leibniz Universität Hannover(汉诺威莱布尼茨大学理论物理研究所)
本文通过类比正交算符与相空间坐标,在广义概率论框架下将线性光学推广至量子理论之外,发现Hong-Ou-Mandel效应等经典现象在更广理论中同样存在,为复杂光子装置研究奠定基础。
2026-09-30 physics.optics quant-ph
Cavity quantum electrodynamics with three-dimensional photonic bandgap crystals
本文综述了具有“完全和完整”三维光子带隙的三维光子晶体的最新研究进展。我们审查五个主要方面:1)自发发射抑制,2)光在微小的纳米级体积(也称为“光的纳米盒”)内的空间定位,3)导致无阈值激光器的增益介质的引入,4)在频域和时域中破坏腔QED的弱耦合近似,5)退相干,特别是通过3D光子带隙屏蔽真空波动。此外,我们列出和评估所有已知的光子晶体结构与演示的三维带隙。
2015-04-26 cond-mat.mes-hall physics.optics quant-ph
Position-squared coupling in a tunable photonic crystal optomechanical cavity
我们提出了一个平面硅光子晶体腔的设计,制造和表征,在其中实现了大的位置平方光机械耦合。该器件由双缝光子晶体结构组成,其中中心光束模式的运动耦合到两个高Q光学模式,这些模式位于每个缝周围。该结构的静电调谐用于可控地将光学模式杂交成以二次方式耦合到光束运动的超模。从光学模式的抗交叉和光学弹簧效应的独立测量,位置平方真空耦合率被测量为高达245 Hz的基本面内机械共振的结构在8.7 MHz,这在位移单位对应于1太赫兹/nm的耦合系数$^2$。这种水平的位置平方耦合比传统的法布里-珀罗腔系统大约大五个数量级。
2015-05-27 physics.optics quant-ph
Teleporting photonic qudits using multimode quantum scissors
隐形传态在量子网络节点之间的量子信息通信中起着重要的作用,被认为是长距离量子密码的重要组成部分。我们描述了一种方法,通过基于转录的$d$附加光子的帮助,在多个$d$光模式的叠加(“qudit”)中传送光子携带的量子信息。被编码为$d$光模式(在我们的情况下,携带轨道角动量的拉盖尔-高斯模式)的单次激发的量子比特被转录为空间分离的$d$单轨光子量子比特。每个单轨量子比特由真空和每个模式中的单个光子的叠加组成。在通过“量子剪刀”成功地传送每个$d$单轨量子比特之后,它们被转换回由单个光子携带的量子比特,从而完成传送方案。
2013-12-31 physics.optics quant-ph
Boosting photonic quantum computation with moderate nonlinearity
基于光子测量的量子计算(MBQC)是实现容错通用量子计算的重要途径。这项工作的一个核心挑战是使用概率线性光学门构建大型光子集群所需的资源中的巨大开销。虽然强的单光子非线性理想地实现了这种集群的确定性构建,但以可扩展的方式实现是具有挑战性的。在这里,我们探讨了使用适度的非线性(条件相移小于$π$),以提高光子量子计算,并显着降低其资源开销的前景。在我们的计划中的关键元素是一个非线性路由器,优先将光子波包到不同的输出端口,这取决于他们的强度。作为一个相关的例子,我们分析了原子系综中由里德伯阻塞提供的非线性,其中非线性和伴随的损失之间的权衡是很好理解的。我们提出了有效的贝尔测量和GHZ状态的准备协议-这两个关键要素的集群状态的建设,以及CNOT门和量子因子分解。由于大量的纠缠操作涉及容错MBQC,我们的协议已经在适度的非线性提供的成功概率的增加,可以导致所需的资源急剧减少。
2021-03-03 physics.optics quant-ph
All-optical signatures of quantum vacuum nonlinearities in generic laser fields
高强度前沿的全光学实验为在强宏观电磁场中进行量子电动力学的前所未有的精确测试提供了一条有希望的途径。迄今为止,量子真空非线性全光特性的理论研究大多是基于对驱动激光场的光束轮廓和脉冲形状的简化近似。由于精确的测试需要准确的定量理论预测,我们引入了一个有效的数值工具,促进定量理论研究的量子真空非线性在通用激光领域的全光签名。我们的方法是基于真空发射图片,并利用这一事实,即驱动激光场的动力学是一个很好的近似由经典的麦克斯韦理论在真空中。结合麦克斯韦解算器,自洽地传播任何给定的激光场配置,这允许从第一原理的高强度激光实验中的真空非线性的光子签名的准确的理论预测。我们采用我们的方法来模拟光子签名的量子真空非线性的激光脉冲碰撞涉及几个周期的脉冲,并显示出的角度和光谱分布的发射信号光子偏离的驱动激光束。
2018-11-21 hep-ph physics.optics
Palm-sized, vibration-insensitive and vacuum-free all-fiber-photonic module for 10-14-level stabilization of CW lasers and frequency combs
Korea Advanced Institute of Science and Technology (KAIST)(韩国科学技术院);University of Alabama in Huntsville(阿拉巴马大学亨茨维尔分校)
采用紧凑型光纤环形谐振器配置,通过抗振光纤延迟线实现连续波激光器和光频梳的热噪声极限频率稳定,在非真空条件下达到10^-14量级的最小频率不稳定性。
2023-11-25 physics.ins-det physics.optics
Refraction and Diffraction of Waves in Electromagnetic (Photonic) Crystals Formed by Anisotropically Scattering Elements
本文讨论了波在天然晶体和由各向异性散射中心形成的人工晶体中的折射和波的衍射。通过实例详细研究了电磁波在由平行线构成的二维光子晶体中的折射。导出了真空中单根细丝散射各向异性时,细丝(晶体中)对波散射的有效振幅的表达式。已经确定,对于具有正交偏振的波,与具有平行偏振的波不同,由金属线构建的晶体中的折射率可以大于1,并且瓦维洛夫-切伦科夫辐射在其中成为可能。在真空中单中心散射为各向异性的情况下,导出了描述波在晶体中的动态波的衍射的方程组。因为一个最一般的方法被应用到描述的散射过程中,从而获得的结果是有效的,为广泛的情况下,而不限于电磁波或晶体从线程。
2012-05-29 physics.acc-ph physics.optics
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
Optomechanics with one-dimensional gallium phosphide photonic crystal cavities
磷化镓具有高折射率($n>3$适用于4 μm以下的真空波长)和宽电子带隙(2.26 eV)的优点,可实现在通信波长下具有小模体积和低双光子吸收的光学腔。因此,由于强烈限制的光场而产生的加热大大减少。在这里,我们调查的好处,这些性质的空腔光学力学。利用最近发展起来的基于直接键合的制作方案,我们实现了由磷化镓制成的集成一维光子晶体腔,其光学品质因数高达$1.1\times10^5$。我们优化了他们的设计,通过辐射压力耦合在$\approx 200$太赫兹的光学本征模的共定位机械模式的频率为3 GHz,产生边带分辨设备。高真空光机耦合率($g_0=2π\times 400$ kHz)允许机械模式放大到所谓的机械激光区,输入功率低至$\approx 20$ μW。机械激光的观测暗示了$C>1$的多光子协同性,这是实现量子态传输协议的重要阈值。由于减少的热光共振位移,除了通常观察到的光机械诱导吸收之外,还可以在室温下检测到光机械诱导的透明度。
2018-12-03 physics.optics
Photonic crystal laser-driven accelerator structures
激光驱动的加速技术有望显著提高加速梯度。然而,将真空中基于结构的加速的传统过程缩小到光学波长需要基本上不同种类的结构。我们要求光波导(1)由电介质材料构成,(2)具有波长量级的横向尺寸,以及(3)支持真空中具有光速相速度的模式。光子晶体--其电磁特性具有空间周期性的结构--可以满足这些要求。我们讨论了模拟的光子晶体加速器结构,并描述了它们的特性。我们从一类二维结构开始,用来说明设计考虑和权衡。然后,我们提出了一个三维结构,并描述其性能的加速梯度和效率。我们讨论粒子束动力学在这种结构中,展示了一种方法,用于保持光束局限于波导。我们还讨论了材料和制造的考虑。由于加速梯度受到结构的光学损伤的限制,因此电介质的损伤阈值是一个关键参数。我们实验测量硅的皮秒脉冲在红外线的损伤阈值,并确定我们的结构是能够维持在1550 nm的300 MV/m的加速梯度。最后,我们讨论了制造这些结构使用常见的微加工技术的可能性。
2007-08-23 physics.acc-ph physics.optics
Generation of entanglement statistics with a large-scale integrated photonic-electronic circuit
California Institute of Technology(加州理工学院)
本文提出一种光电量子信息处理方法,通过32通道集成光子-电子电路在射频域进行模变换,实现低于可分性边界三个标准差的纠缠统计生成,为光-微波量子计算奠定基础。
2026-09-09 eess.SP physics.optics quant-ph
Three-dimensional photonic band gap cavity with finite support: enhanced energy density and optical absorption
数值研究了单腔掺杂三维光子带隙晶体中光的传输和存储。晶体有有限的支撑,因为它被真空包围,就像在实验中一样。因此,我们采用有限元方法来模拟的钻石般的逆木堆晶体,包括两个正交阵列的孔在高折射率的电介质,如硅,并已在实验上实现了CMOS兼容的方法。一个点缺陷,作为谐振腔的功能是形成在两个选定的正交孔的半径小于在晶体的体积的近端区域。我们提出了一种场-场互相关方法来识别有限支撑晶体中的共振,缺陷态出现在无限晶体的三维光子带隙中。在观察到的5个角度无关的腔共振中,对于X或Z方向上的入射光,一个是s偏振的,4个是p偏振的。值得注意的是,高达Q = 1000的品质因数出现在这样薄的结构(3个晶胞)中。我们发现,光学能量密度显着增强腔共振高达2400倍的入射能量密度在真空中或高达1200倍的能量密度的等效有效介质。我们发现,一个逆木堆光子带隙腔与适当调整的晶格参数揭示了大量的吸收在可见光范围内。在3D光子带隙之下,由于离散基腔模式与由光子晶体散射的连续光之间的干涉而产生法诺共振。我们认为,我们的三维光子带隙腔的五个本征态具有四极对称性,在类比的d-类过渡金属轨道。我们的结论是,倒木堆腔提供了有趣的应用前景,在光学传感和photopolics。
2018-08-16 physics.optics
Ab-initio Mapping of Projected Local Density of States in Arbitrary Nanostructures: Application to Photonic Crystal Slabs and Cavities
基于光子的投影局域态密度(PLDOS),我们发展了一个局域耦合理论,可以同时处理任意纳米结构中量子发射体与光子之间的弱相互作用和强相互作用。PLDOS的映射方法非常灵活有效。我们的从头算PLDOS很好地解释了最近对光子晶体平板的实验观察。更重要的是,首次建立了连接PLDOS和腔量子电动力学的桥梁,解决了品质因数、g因子和真空拉比分裂等问题。我们的工作极大地丰富了有关纳米结构中光与物质相互作用的知识。
2012-10-28 physics.optics
Space-Time Quantum Metasurfaces
超颖表面是一个关键的光子学平台,利用亚波长结构和设计的光学响应来操纵经典光。静态超颖表面最近进入了量子光子学的领域,显示出它们能够调整光的非经典状态。我们引入时空量子超颖面的概念,用于量子光的动力学控制。我们提供了说明性的例子,时空调制的超颖表面在量子光子学的影响,包括创建一个单光子的频率自旋路径超纠缠和实现时空不对称的最深层次的量子真空。基于时空量子元表面概念的光子平台有可能实现新的功能,例如量子通信的按需纠缠生成,自由空间量子隔离的非互易光子传播以及可重构量子成像和传感。
2021-01-25 cond-mat.mes-hall physics.optics quant-ph
18.8 Gbps real-time quantum random number generator with a photonic integrated chip
量子随机数发生器(QRNG)可以产生真随机数。然而,两个最重要的QRNG参数对于实际应用是高度期望的,即,速度和尺寸,在实施过程中必须折衷。在这里,我们提出了最快的和小型化的QRNG与记录的实时输出速率高达18.8 Gbps的光子集成芯片和优化的随机性提取技术相结合。我们采用混合封装的方法将用于真空态QRNG实现的光子集成电路、InGaAs零差探测器和高带宽跨导放大器组装到一个芯片上,表现出优异的集成度和高频响应特性。在10位模数转换器中的采样率为2.5 GSa/s,随后在现场可编程门阵列中进行后置处理,QRNG通过光纤收发器输出超快的随机比特流,其实时速度在个人计算机中得到验证。
2021-05-28 cs.CR physics.optics quant-ph
Terahertz chiral photonic-crystal cavities for Dirac gap engineering in graphene
本文设计了利用轻掺杂半导体磁等离子体实现时间反演对称性破缺的高品质因子太赫兹手性光子晶体腔,并结合第一性原理计算预测其在石墨烯中可诱导约1 meV的狄拉克能隙。
2025-07-04 cond-mat.mes-hall physics.optics
Harnessing micro-Fabry-Perot reference cavities in photonic integrated circuits
本文提出将微加工真空 Fabry-Perot 腔与光子集成电路集成的新方案,实现激光器低噪声自注入锁定及可用于 PDH 锁定的共集成模块。
2024-10-01 physics.optics
Strong optomechanical coupling in a slotted photonic crystal nanobeam cavity with an ultrahigh quality factor-to-mode volume ratio
我们描述了一个一维硅光子晶体腔的设计,制造和表征,在该腔中,中心槽用于增强高度局部化的光学和机械模式之间的重叠。光学模式具有0.017 $(λ_{vac}/n)^3$的极小模式体积,并且测量到310 kHz的光机械真空耦合率。随着光学品质因数高达$1.2 \cdot 10^5$,制造的设备是在解析边带制度。电场在槽壁处具有其最大值,并且耦合到槽的面内呼吸运动。因此,光机耦合主要由移动边界效应,我们模拟为6倍以上的光弹性效应,在大多数结构,其中的光弹性效应往往是主要的耦合机制。
2016-06-08 physics.optics
A photonic quantum engine driven by superradiance
本研究首次通过实验验证了由原子与光子真空构成的单热库驱动的超辐射光子量子引擎,实现约40倍有效温度提升、近1的效率及输出功率随原子注入速率二次增长,为量子热传输与光机械器件发展开辟了路径。
2024-06-22 physics.atom-ph physics.optics quant-ph
Probing electric and magnetic vacuum fluctuations with quantum dots
电磁真空场涨落与光的自发发射过程密切相关。原子发射器不能同时探测电场和磁场的涨落,因为电场和磁场的跃迁对应于不同的选择规则。在本文中,我们表明,半导体量子点是从根本上不同的,是能够介导电偶极子,磁偶极子,电四极跃迁上一个单一的电子共振。因此,量子点可以同时探测电场和磁场,因此可以应用于复杂光子纳米结构的电磁环境传感。我们的研究开启了将量子点与光学超材料连接的前景,以在单发射极水平上定制电和磁光物质相互作用。
2014-04-04 cond-mat.mes-hall physics.atom-ph physics.optics
Core-shell multilayered nanoparticles: giant photonic density of states coupled to the far-field
我们提出了一个量子理论处理光-物质耦合的系统组成的量子点和球形核壳金属-介电多层纳米粒子。结果表明,弱耦合和强耦合制度可以实现在设置。具体而言,我们证明了一个强耦合制度之间的量子点和纳米粒子,当量子点谐振调谐到频率的有效纳米粒子介电常数的正常分量是交叉零。此外,我们证明了该制度的量子点衰减速度比在真空中(由于大的Purcell因子),并在同一时间辐射更多的功率到远场。这一发现为更有效地控制量子发射器的辐射特性铺平了道路。
2015-12-17 physics.optics
Classical Petermann Factor as a Measure of Quantum Squeezing in Photonic Time Crystals
Korea Advanced Institute of Science and Technology(韩国科学技术院);Chung-Ang University(中央大学)
经典彼得曼因子用于量化光子时间晶体中的量子压缩,通过设定噪声尺度和增强压缩动力学,为量子资源工程提供设计参数。
2026-07-28 physics.optics
Angle-resolved photoemission spectroscopy with 9-eV photon-energy pulses generated in a gas-filled hollow-core photonic crystal fiber
本文利用充气空芯光子晶体光纤中光孤子的传输特性,研究了一种新的紫外辐射源,并将其应用于角分辨光电子能谱(ARPES)。只有几μJ能量的近红外飞秒脉冲在充气光纤内产生5.5至9 eV的真空紫外(VUV)辐射。这些脉冲被用来测量的拓扑绝缘体Bi 2 Se 3的能带结构的信噪比与高次谐波从气体射流获得。两个数量级的效率增益承诺在数百kHz甚至MHz的重复率下进行时间分辨的ARPES测量,光子能量覆盖大多数材料的第一布里渊区。
2015-04-28 physics.optics
18-dB on-chip vacuum squeezing in an adaptively poled lithium niobate waveguide
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);Ming Hsieh Department of Electrical and Computer Engineering, University of Southern California(南加州大学明希电气与计算机工程系);Research Laboratory of Electronics, MIT(麻省理工学院电子研究实验室);Department of Electrical and Computer Engineering, University of Hawaii at Mānoa(夏威夷大学马诺阿分校电气与计算机工程系)
通过自适应极化薄膜铌酸锂波导实现18 dB的连续波量子压缩,无需先验假设即可推断片上性能,为集成量子传感和计算提供了高性能平台。
2026-05-26 physics.optics
Numerical optimization of quantum vacuum signals
针对高强度激光实验中量子真空信号观测场景的高维参数探索需求,提出用贝叶斯优化方法,以双束碰撞为例实现光子量子真空信号最大化,确定了最优椭圆束腰尺寸及相干谐波聚焦下的关键物理过程。
2024-05-06 hep-ph physics.optics
All-Optical Photonic Crystal Bolometer with Ultra-Low Heat Capacity for Scalable Thermal Imaging
Massachusetts Institute of Technology(麻省理工学院);Tel Aviv University(特拉维夫大学)
本研究提出了一种全光学光子晶体热电计,通过超低热容量实现高速热成像,性能超越现有无冷却技术。
2025-12-19 physics.app-ph physics.optics