Atomic spin-controlled non-reciprocal Raman amplification of fibre-guided light

拉曼放大 物理 极化(电化学) 光子学 互惠的 光电子学 超辐射 拉曼光谱 光学 拉曼散射 激光器 化学 语言学 哲学 物理化学
作者
Sebastian Pucher,Christian Liedl,Shu-Wei Jin,Arno Rauschenbeutel,Philipp Schneeweiß
出处
期刊:Nature Photonics [Nature Portfolio]
卷期号:16 (5): 380-383 被引量:18
标识
DOI:10.1038/s41566-022-00987-z
摘要

In a non-reciprocal optical amplifier, gain depends on whether the light propagates forwards or backwards through the device. Typically, one requires either the magneto-optical effect, temporal modulation or optical nonlinearity to break reciprocity. By contrast, here we demonstrate non-reciprocal amplification of fibre-guided light using Raman gain provided by spin-polarized atoms that are coupled to the nanofibre waist of a tapered fibre section. The non-reciprocal response originates from the propagation-direction-dependent local polarization of the nanofibre-guided mode in conjunction with polarization-dependent atom–light coupling. We show that this novel mechanism can also be implemented without an external magnetic field and that it allows us to fully control the direction of amplification via the atomic spin state. Our results may simplify the construction of complex optical networks. Moreover, by using other suitable quantum emitters, our scheme could be implemented in photonic integrated circuits and circuit quantum electrodynamics. Researchers demonstrate non-reciprocal amplification of nanofibre-guided light using Raman gain provided by nearby spin-polarized atoms. The direction of amplification can be controlled via the atomic spin state.

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