Realization of Nonlinear Optical Nonreciprocity on a Few-Photon Level Based on Atoms Strongly Coupled to an Asymmetric Cavity

物理 光子 光子学 实现(概率) 光隔离器 传输(电信) 光学腔 光电子学 二极管 非线性系统 光纤 光学 激光器 量子力学 电信 计算机科学 统计 数学
作者
Pengfei Yang,Xiuwen Xia,Hai He,Shaokang Li,Xing Han,Peng Zhang,Gang Li,Pengfei Zhang,Jinping Xu,Yaping Yang,Tiancai Zhang
出处
期刊:Physical Review Letters [American Physical Society]
卷期号:123 (23): 233604-233604 被引量:129
标识
DOI:10.1103/physrevlett.123.233604
摘要

Optical nonreciprocity is important in photonic information processing to route the optical signal or prevent the reverse flow of noise. By adopting the strong nonlinearity associated with a few atoms in a strongly coupled cavity QED system and an asymmetric cavity configuration, we experimentally demonstrate the nonreciprocal transmission between two counterpropagating light fields with extremely low power. The transmission of 18% is achieved for the forward light field, and the maximum blocking ratio for the reverse light is 30 dB. Though the transmission of the forward light can be maximized by optimizing the impedance matching of the cavity, it is ultimately limited by the inherent loss of the scheme. This nonreciprocity can even occur on a few-photon level due to the high optical nonlinearity of the system. The working power can be flexibly tuned by changing the effective number of atoms strongly coupled to the cavity. The idea and result can be applied to optical chips as optical diodes by using fiber-based cavity QED systems. Our work opens up new perspectives for realizing optical nonreciprocity on a few-photon level based on the nonlinearities of atoms strongly coupled to an optical cavity.
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