将铷原子的双光子非线性光谱与硅光子学集成

我们研究一种集成硅光子芯片，其由若干亚波长脊形波导构成，并浸没于充有铷蒸气的微池中。利用双光子激发（含一通信波长），我们观察到当光子模式通过其倏逝尾耦合至铷原子时，波导透射谱发生改变。由于波导包层中电场增强，原子跃迁可在光子数约为自由传播光束情形的 $\approx$ 80 分之一时即被饱和。该原子包覆 Si 波导的非线性比掺杂 Si 光子学所能达到的最大值约大 4 个数量级。所测光谱与一种广义有效极化率模型吻合良好，该模型包含了由介电表面引起的 Casimir-Polder 势，以及飞行原子与倏逝波导模式间的瞬态相互作用。本工作为迈向小型化、低功耗且与 CMOS 技术兼容的集成混合原子-光子系统铺平了道路。