arXiv:0709.2749 · New Journal of Physics

Single atoms on an optical nanofibre

K. P. Nayak, K. Hakuta

Published May 6, 2008• 90 citations

Abstract

We show that single atoms can be detected using a sub-wavelength-diameter silica-fibre, an optical nanofibre, and the fact that single photons spontaneously emitted from the atoms can be readily guided into a single-mode optical fibre. Moreover, we find that single atoms around the nanofibre reveal a very prominent spectral feature, that is, the excitation spectrum splits into two peaks with a very small separation, smaller than the natural linewidth.

DOI: 10.1088/1367-2630/10/5/053003

Related papers

Optical nanofiber as an efficient tool for manipulating and probing atomic Fluorescence

K. P. Nayak, Павел Николаевич Мелентьев, M. Morinaga +3 more

We experimentally demonstrate efficient coupling of atomic fluorescence to the guided mode of a subwavelength-diameter silica fiber, an optical nanofiber. We show that fluorescence of a very small number of atoms, around the nanofiber can be readily observed through a single-mode optical fiber. We also show that such a technique enables us to probe the van der Waals interaction between atoms and surface with high precision by observing the fluorescence excitation spectrum through the nanofiber.

Optics ExpressJan 1, 2007266 citations

Spontaneous emission of a sodium Rydberg atom close to an optical nanofibre

Erwan Stourm, Y Zhang, Maxence Lepers +5 more

We report on numerical calculations of the spontaneous emission rate of a Rydberg-excited sodium atom in the vicinity of an optical nanofibre. In particular, we study how this rate varies with the distance of the atom to the fibre, the fibre's radius, the symmetry s or p of the Rydberg state as well as its principal quantum number. We find that a fraction of the spontaneously emitted light can be captured and guided along the fibre. This suggests that such a setup could be used for networking atomic ensembles, manipulated in a collective way due to the Rydberg blockade phenomenon.

Jan 1, 201911 citations

Optical Nanofibers for Manipulating and Probing Single-Atom Fluorescence

K. P. Nayak, Павел Николаевич Мелентьев, M. Morinaga +3 more

In the present work, the authors proposes a novel method to manipulate atoms and photons using a subwavelength-diameter silica-fiber, an optical nanofiber. We use laser-cooled Cs-atoms as working atom. The paper shows that fluorescence of a very small number of atoms around the optical nanofiber can be measured efficiently by detecting the photons coupled to the guided mode of the nanofiber. Atoms around the nanofiber behave like molecules made up of atom and nanofiber.

Conference on Lasers and Electro-Optics Europe & European Quantum Electronics Conference (CLEO/Europe-EQEC)Jun 1, 20070 citations

Spontaneous emission of a sodium Rydberg atom close to an optical nanofibre

Erwan Stourm, Y Zhang, Maxence Lepers +5 more

arXiv:1810.06887Journal of Physics B Atomic Molecular and Optical PhysicsJan 2, 201913 citations

Efficient Probing Of Few Atom Fluorescence through the Guided Mode of an Optical Nanofiber

K. P. Nayak, Павел Николаевич Мелентьев, M. Morinaga +3 more

We show that fluorescence of a very small number of atoms around a subwavelength-diameter silica-fiber, an optical nanofiber, can be measured efficiently by detecting the photons coupled to the guided mode of the nanofiber. Also such a technique enables us to probe the van der Waals interaction between atoms and surface with high precision.

Conference on Lasers and Electro-Optics Pacific Rim (CLEO-PR)Aug 1, 20071 citation

Quantum optics with single collective excitations of nanofiber-trapped arrays of atoms

Jérémy Raskop

Optique quantique avec des excitations collectives uniques dans des réseaux d’atomes piégés à proximité d'une nanofibre optique Cette thèse traite des interactions entre des photons guidés par une nanofibre optique et des réseaux d'atomes piégés. Notre montage expérimental consiste en un piège dipolaire bicolore compensé, généré dans le champ évanescent d'une nanofibre et permettent de piéger des atomes de césium de part et d'autre de la fibre. Une épaisseur optique de plus de 130 est obtenue avec quelques milliers d'atomes seulement. Nous démontrons la capacité de préparer les atomes piégés dans un sous-niveau Zeeman unique, bien qu'avec une efficacité limitée. Cette étape est importante pour la réalisation de mémoires quantiques avec de longs temps de vie avec notre plateforme fibrée. Le résultat principal que nous présentons est la réalisation d'une excitation collective unique dans l'ensemble d'atomes. L'excitation est annoncée par la détection d'un photon émis dans le mode guidé. Nous sommes alors capables de lire l'état atomique et récupérer un photon unique dans le mode guidé avec une efficacité jusqu'à 25%. Ce résultat consiste en une première démonstration d'un état atomique intriqué, couplé préférentiellement à un guide d'onde, une étape importante dans le contexte de l’électrodynamique quantique avec des guides d'ondes.

Jan 30, 20200 citations