ISBN 978-3-8439-5421-1

978-3-8439-5421-1, Reihe Physik

Artur Skljarow
Integrated atom-photonic devices at telecom wavelengths

156 Seiten, Dissertation Universität Stuttgart (2023), Softcover, A5

Zusammenfassung / Abstract

In dieser Arbeitwerden Dipol-Dipol-Wechselwirkungen in 1D untersucht, indem ein thermisches Ensemble von Rubidiumatomen an die Mode eines Slot-Wellenleiters gekoppelt wird. Sofern uns bekannt, ist dies die erste Beobachtung von 1D Dipol-Dipol-Wechselwirkungen in einer thermischen Dampfzelle. Zusätzlich profitieren wir vom Purcell-Effekt, der die Wechselwirkung verstärkt. Wir erzeugen dadurch ein hoch-nichtlineares Medium mit nur wenigen Photonen.

Unser System besteht aus einem von Rubidiumatomen umgebenen Slot-Wellenleiter aus Silizium eingeschlossen in einer integrierten Dampfzelle. Durch die Bestrahlung der Zelle mit einem Laser bei einer Wellenlänge von 780 nm werden die Atome aus dem Grundzustand angeregt. Die Wechselwirkung wird durch die Detektion eines weiteren Lasers bei 1529 nm studiert. Dieser Laser wird durch die Nanostruktur geschickt, wodurch Atome durch das evaneszente Feld an der Oberfläche angeregt werden. Die Zwei-Photonen-Anregung in Kombination mit Siliziumstrukturen bietet viele Vorteile gegenüber dem vorherigen System auf Basis von Siliziumnitrid und nur einem Laser bei 780 nm. Die Reichweite der Dipol-Dipol-Wechselwirkung ist etwa doppelt so groß, da die Wellenlänge des zweiten Lasers größer ist. Das Dipolmoment ist größer, weil die Atome mit den beiden Lasern auf ein höheres Energieniveau angehoben werden. Die Reichweite der evaneszenten Mode skaliert mit der Wellenlänge und dem Brechungsindex der beteiligten Materialien. Die Beschränkung der Mode auf das Zentrum des Slot-Wellenleiters ändert sich kaum im Vergleich zur Siliziumnitrid Plattform, da zwar die Wellenlänge größer aber gleichzeitig der Brechungsindex von Silizium höher ist.