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通过光学引导将单个原子耦合到纳米光子学 whispering-gallery-mode 谐振器中。

Coupling Single Atoms to a Nanophotonic Whispering-Gallery-Mode Resonator via Optical Guiding.

机构信息

Department of Physics and Astronomy, Purdue University, West Lafayette, Indiana 47907, USA.

Purdue Quantum Science and Engineering Institute, Purdue University, West Lafayette, Indiana 47907, USA.

出版信息

Phys Rev Lett. 2023 Mar 10;130(10):103601. doi: 10.1103/PhysRevLett.130.103601.

DOI:10.1103/PhysRevLett.130.103601
PMID:36962011
Abstract

We demonstrate an efficient optical guiding technique for coupling cold atoms in the near field of a planar nanophotonic circuit, and realize large atom-photon coupling to a whispering-gallery mode in a microring resonator with a single-atom cooperativity C≳8. The guiding potential is created by diffracted light on a nanophotonic waveguide that smoothly connects to a dipole trap in the far field for atom guiding with subwavelength precision. We observe atom-induced transparency for light coupled to a microring, characterize the atom-photon coupling rate, extract guided atom flux, and demonstrate on-chip photon routing by single atoms. Our demonstration promises new applications with cold atoms on a nanophotonic circuit for chiral quantum optics and quantum technologies.

摘要

我们展示了一种用于在平面纳米光子回路的近场中耦合冷原子的有效光引导技术,并实现了与微环谐振器中的 whispering-gallery 模式的大原子-光子耦合,单个原子的协同性 C≳8。引导势由纳米光子波导上的衍射光产生,该波导与远场中的偶极阱平滑连接,用于亚波长精度的原子引导。我们观察到耦合到微环的光的原子诱导透明性,表征原子-光子耦合速率,提取引导原子通量,并通过单个原子演示片上光子路由。我们的演示为在纳米光子电路上使用冷原子进行手性量子光学和量子技术提供了新的应用前景。

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