Nouvelles

Jul 02, 2023

Caractéristiques quantiques d'un coupleur non linéaire avec non-linéarité concurrente

Scientific Reports volume 12, Numéro d'article : 8245 (2022) Citer cet article Dans ce travail, nous examinons les caractéristiques quantiques d'un coupleur non linéaire multi-guides d'ondes exploitant les signaux du deuxième et du troisième ordre.

Rapports scientifiques volume 12, Numéro d'article : 8245 (2022) Citer cet article

Dans ce travail, nous examinons les caractéristiques quantiques d'un coupleur non linéaire multi-guides d'ondes exploitant les non-linéarités du deuxième et du troisième ordre. Le système considéré contient quatre canaux identiques, chacun avec un seul mode transverse fondamental. L’essence de ce type de coupleur non linéaire est d’examiner l’effet de deux ou plusieurs non-linéarités concurrentes sur les caractéristiques non classiques générées dans cette classe de dispositifs. Ici, nous considérons le cas de la génération de deuxième harmonique, dans laquelle les champs d'harmonique fondamentale (FH) sont convertis par paires en champs de deuxième harmonique (SH) à double fréquence, qui sont ensuite couplés de manière évanescente avec les champs d'autres guides d'ondes non linéaires Kerr. En utilisant la représentation P positive de l'espace des phases, l'évolution temporelle de la matrice de densité pourrait être mappée à l'équation de Fokker – Planck correspondante d'une distribution de quasi-probabilité classique. À l'aide de l'équation stochastique de Langevin, une représentation exacte du système dans l'espace des phases a conduit à la démonstration de la propriété sous-poissonienne, de la compression et de l'intrication. Avec une compression plus efficace obtenue dans tous les guides d'ondes de canal, le système actuel avec interaction χ(2) – χ(3) peut être une alternative plus efficace aux autres versions de coupleurs non linéaires tels que le dimère optique quantique (QOD) et le coupleur non linéaire Kerr ( KNC). De plus, une telle structure offre plus de flexibilité dans les interactions en mode couplé sous forme de corrélation entre les modes dans différents guides d'ondes. Cela fournit un meilleur mécanisme pour la génération d’effets non classiques améliorés.

Les phénomènes non classiques de l’optique quantique pourraient être utilisés comme éléments de ressources dans les futures technologies d’optique intégrée1. Dans ce sens, d'importantes recherches ont été rapportées sur l'obtention d'effets non classiques à l'aide d'oscillateurs couplés dans diverses conceptions de mise en œuvre2,3,4,5,6. Parmi les autres systèmes, l’un des systèmes les plus actifs ayant le potentiel de générer un large éventail d’états non classiques est l’intégration de structures d’ondes guidées7,8,9,10. Cette approche reste avantageuse puisque les structures de guides d’ondes optiques sont compatibles avec les applications de circuits photoniques11. Les dispositifs photoniques monolithiques, tels que le réseau de guides d'ondes non linéaires12, peuvent générer des états biphotoniques non classiques grâce à des marches quantiques en cascade13, au traitement de l'information quantique à variable continue14,15, au calcul16 et à l'ingénierie des états quantiques17. Les avantages de cette configuration incluent la facilité avec laquelle un système multicanal potentiel peut être développé18,19,20 en éliminant la possibilité de distorsion due au chevauchement des impulsions lumineuses, et également en fournissant une propagation plus stable sur de longues distances, une vitesse de transmission plus élevée et moins d'atténuation par rapport à ses modèles multimodes équivalents21. En tant que source de lumière quantique, elle offre une plus grande polyvalence dans les interactions en mode couplé. De nouvelles possibilités de corrélation entre les modes dans différents canaux sont incorporées grâce à l'ajout de guides d'ondes de canal, et ainsi, un meilleur mécanisme de génération d'effets non classiques pourrait être établi22,23,24,25.

La structure du guidage d'ondes a suscité une attention considérable dans le développement de phénomènes non linéaires liés à la génération d'effets quantiques26,27,28. Nous avons déjà signalé les possibilités de générer des états non classiques améliorés via des interactions multicanaux exploitant des guides d'ondes non linéaires avec les effets non linéaires du deuxième χ (2) 22,23 ou du troisième ordre χ (3) 24,25. Le concept de base était d'augmenter le nombre de modes en interaction en augmentant le nombre de guides d'ondes χ(2) ou χ(3), dans lesquels chaque système était traité indépendamment. Les travaux restent précieux en termes de communication quantique en tant que base de réseaux optiques denses avec transfert de données de haute qualité. Par conséquent, la possibilité d’étendre les effets non classiques pour les interactions de type χ (2) – χ (3) doit être examinée. Il est intéressant de noter que diverses dynamiques physiques utiles émergeraient d’un système présentant à la fois des non-linéarités χ(2) et χ(3)29. Les effets non classiques améliorés et les corrélations impliquant des interactions avec à la fois χ (2) et des non-linéarités d'ordre supérieur ont été observés précédemment, par exemple dans le cas de la génération de deuxième harmonique (SHG) à ondes progressives et intracavité, de l'ensemble de cohérence atomique 31, du double quantum asymétrique. puits32 et point quantique33. L’amélioration des états non classiques tels que la compression et l’intrication, en général, pourrait contribuer à la communication quantique et au traitement de l’information.