Superradiance and induced emission of spatially periodic excited atoms

空间周期性激发原子的超辐射和诱导发射

基本信息

批准号：
22K03494
负责人：
越野和樹
金额：
$ 2.25万
依托单位：
Tokyo Medical and Dental University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
财政年份：
2022
资助国家：
日本
起止时间：
2022-04-01 至 2025-03-31
项目状态：
未结题

项目摘要

一次元光子場に単一あるいは複数の原子が結合している系を「導波路量子電気力学系」と呼ぶ．この系には（i）（原子励起のために）導波路から入射する光子と原子からの輻射との空間モードが一致しており，そのために両者が強く干渉し，光子－原子相互作用が自由空間の場合と比較して劇的に増強される，（ii）導波路中の伝播光子を介して，複数の原子間に長距離型の交換相互作用が生じる，という特徴がある．本年度は，単一の導波路にＮ個の励起原子が結合している状況において，導波路から原子群に古典光子パルス（コヒーレント状態）を照射した際に引き起こされる，原子群の誘導放出を理論解析した．短パルス極限（入射πパルスが個々の原子の寿命よりも十分に短い極限）において，誘導放出の解析解を得ることができる．短パルス極限では（i）すべての原子がπパルスの透過方向に光子を放出する，（ii）透過パルスは「光子付加コヒーレント状態」のような非古典的状態ではなく，平均光子数は増加するもののコヒーレント状態に保たれる，（iii）入射パルスは位相に依存せず均一に増幅され，また量子ノイズは位相空間においてほぼ位相方向のみに付加される，という新奇な特性を持つことが判明した．これらの特性によって，短パルス極限においては，増幅後の信号雑音比（ＳＮ比）が改善される．通常の位相鈍感な線形増幅器では，増幅により信号雑音比は一般に劣化するため，本現象は超放射原子による増幅に特有の現象ということができる．

单个或多个原子结合到一维光子场的系统称为“波导量子电动力学系统”。在该系统中，（i）从波导入射的光子和来自原子的辐射的空间模式匹配（用于原子激发），因此它们强烈干涉并且光子-原子相互作用是自由的；通过在波导中传播光子，多个原子之间发生交换相互作用，与空间情况相比，交换相互作用显着增强。今年，我们将从理论上研究在 N 激发原子键合到单个波导 I 的情况下，当经典光子脉冲（相干态）从波导照射到原子团时引起的原子团受激发射。对其进行了分析。在短脉冲极限（其中入射π脉冲比单个原子的寿命足够短）下，可以获得受激发射的解析解。在短脉冲极限下，（i）所有原子都沿π脉冲的传输方向发射光子，（ii）传输的脉冲不处于非经典状态，例如“光子相加相干态”， (iii) 入射脉冲无论相位如何都被均匀放大，并且量子噪声几乎仅在相空间的相位方向上添加。这些特性提高了短脉冲极限内放大后的信噪比（SN比）。在普通的相位不敏感线性放大器中，信噪比通常会因放大而恶化，因此这种现象可以说是使用超辐射原子的放大所特有的。