論文の概要: A quantum model of lasing without inversion
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2201.13368v2
- Date: Wed, 31 Aug 2022 08:41:47 GMT
- ステータス: 処理完了
- システム内更新日: 2023-02-27 05:13:54.860567
- Title: A quantum model of lasing without inversion
- Title（参考訳）: 反転のないラシングの量子モデル
- Authors: Nicholas Werren, Erik Gauger, Peter Kirton
- Abstract要約: 我々は、ラシングの顕微鏡モデルから、一貫したマクロ画像へと移動する。
本分析は, ナノレーザーから従来のラシングの熱力学限界まで, システムサイズの範囲に適用する。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.0
- License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
- Abstract: Starting from a quantum description of multiple Lambda-type 3-level atoms
driven with a coherent microwave field and incoherent optical pumping, we
derive a microscopic model of lasing from which we move towards a consistent
macroscopic picture. Our analysis applies across the range of system sizes from
nanolasers to the thermodynamic limit of conventional lasing. We explore the
necessary conditions to achieve lasing without inversion by calculating the
non-equilibrium steady state solutions of the model at, and between, its
microscopic and macroscopic limits. For the macroscopic picture, we use
mean-field theory to present a thorough analysis of the lasing phase
transition. In the microscopic case, we exploit the underlying permutation
symmetry of the density matrix to calculate exact solutions for N 3-level
systems. This allows us to show that the steady state solutions approach the
thermodynamic limit as N increases, restoring the sharp non-equilibrium phase
transition in this limit. We demonstrate how the lasing phase transition and
degree of population inversion can be adjusted by simply varying the phase of
the coherent driving field. The high level of quantum control presented by this
microscopic model and the framework outlined here have applications to further
understanding and developing nanophotonic technology.
- Abstract（参考訳）: コヒーレントなマイクロ波磁場と非コヒーレントな光ポンピングで駆動される複数のラムダ型3レベル原子の量子記述から始まり、一貫した巨視的画像へと移動する発振の微視的モデルを得る。
本分析は, ナノレーザーから従来のラシングの熱力学限界まで, システムサイズの範囲に適用する。
本研究では,模型の非平衡定常解を微視的・巨視的極限で計算し,逆変換を伴わずに発散を実現するために必要な条件を考察する。
巨視的画像に対して, 平均場理論を用いて発散相転移の詳細な解析を行う。
顕微鏡の場合、密度行列の根底にある置換対称性を利用して、N-レベル系の正確な解を計算する。
これにより、定常状態解がNが増加するにつれて熱力学極限に近づき、この極限で鋭い非平衡相転移を回復することを示すことができる。
我々は,コヒーレント駆動場の位相を簡易に変化させることで,ラジング相転移と個体数反転の程度を調節できることを示す。
この顕微鏡モデルと概説した枠組みによって提示される高レベルの量子制御は、ナノフォトニクス技術のさらなる理解と開発に応用できる。
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