論文の概要: Quantum susceptibilities in time-domain sampling of electric field
fluctuations
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2103.07715v1
- Date: Sat, 13 Mar 2021 13:22:34 GMT
- ステータス: 処理完了
- システム内更新日: 2023-04-08 06:33:19.301232
- Title: Quantum susceptibilities in time-domain sampling of electric field
fluctuations
- Title（参考訳）: 電場変動の時間領域サンプリングにおける量子感受性
- Authors: Matthias Kizmann, Andrey S. Moskalenko, Alfred Leitenstorfer, Guido
Burkard, Shaul Mukamel
- Abstract要約: 我々は、相互作用しない3レベル系のアンサンブルを用いた電気光学過程の微視的量子理論を開発する。
量子コントリビューションは実質的であり、全体の反応を支配している可能性があることを示す。
相補的な状態において、電気光学サンプリングは物質の純粋な量子感受性を研究するための分光器として機能する。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.0
- License: http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/
- Abstract: Electro-optic sampling has emerged as a new quantum technique enabling
measurements of electric field fluctuations on subcycle time scales. Probing a
second-order nonlinear material with an ultrashort coherent laser pulse
imprints the fluctuations of a terahertz field onto the resulting near-infrared
electrooptic signal. We describe how the statistics of this time-domain signal
can be calculated theoretically, incorporating from the onset the quantum
nature of the electric fields involved in the underlying interactions. To this
end, a microscopic quantum theory of the electro-optic process is developed
using an ensemble of non-interacting three-level systems as a model for the
nonlinear material. We find that the response of the nonlinear medium can be
separated into a classical part sampling the terahertz field and quantum
contributions independent of the state of the probed terahertz field. The
quantum response is caused by interactions between the three-level systems
mediated by the terahertz vacuum fluctuations. It arises due to cascading
processes and contributions described by quantum susceptibilities solely
accessible via quantum light. We show that the quantum contributions can be
substantial and might even dominate the total response. We also determine the
conditions under which the classical response serves as a good approximation of
the electro-optic process and demonstrate how the statistics of the sampled
terahertz field can be reconstructed from the statistics of the electro-optic
signal. In a complementary regime, electro-optic sampling can serve as a
spectroscopic tool to study the pure quantum susceptibilities of materials.
- Abstract（参考訳）: 電気光学サンプリングは、サブサイクル時間スケールでの電界変動の測定を可能にする新しい量子技術として登場した。
超短コヒーレントレーザーパルスによる2階非線形材料の提案は、テラヘルツ磁場のゆらぎを結果の近赤外電気光学信号に印加する。
この時間領域信号の統計は、基礎となる相互作用に関与する電場の量子的性質の開始から、理論的にどのように計算されるかを記述する。
この目的のために、非線形物質のモデルとして、非相互作用3レベル系のアンサンブルを用いた電気光学過程の微視的量子論を開発した。
非線形媒質の応答はテラヘルツ場をサンプリングする古典的部分とプローブされたテラヘルツ場の状態とは無関係な量子寄与に分離できることがわかった。
量子応答はテラヘルツ真空揺らぎによって媒介される3レベル系の相互作用によって引き起こされる。
これはカスケード過程と量子の感受性によって説明される寄与によって生じる。
量子的な寄与は実質的であり、全体の応答を支配することさえある。
また、古典応答が電気光学過程のよい近似となる条件を決定し、サンプルされたテラヘルツ場の統計が電気光学信号の統計からどのように再構成されるかを示す。
相補的な方法では、電気光学サンプリングは物質の純粋な量子感受性を研究するための分光器として機能する。
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