論文の概要: Mean-field Floquet theory for a three-level cold-atom laser

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2205.04428v1
• Date: Mon, 9 May 2022 17:17:42 GMT
• ステータス: 処理完了
• システム内更新日: 2023-02-13 20:30:43.597971
• Title: Mean-field Floquet theory for a three-level cold-atom laser
• Title（参考訳）: 3レベル冷原子レーザーにおける平均場フロケ理論
• Authors: Gage W. Harmon (1), Jarrod T. Reilly (1), Murray J. Holland (1), Simon B. J\"ager (1 and 2) ((1) JILA and Department of Physics, University of Colorado, (2) Physics Department and Research Center OPTIMAS, Technische Universit\"at Kaiserslautern)
• Abstract要約: 本稿では,3つの内部レベルを持つ原子のラシングスキームを$V$-configurationで理論的に記述する。 この研究は、狭い直線遷移を持つ冷たい原子レーザーで起こる複雑な物理学を理解するための単純な方法を提供する。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.0
• License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
• Abstract: We present a theoretical description for a lasing scheme for atoms with three internal levels in a $V$-configuration and interacting with an optical cavity. The use of a $V$-level system allows for an efficient closed lasing cycle to be sustained on a dipole-forbidden transition without the need for incoherent repumping. This is made possible by utilizing an additional dipole-allowed transition. We determine the lasing threshold and emission frequency by performing a stability analysis of the non-lasing solution. In the lasing regime, we use a mean-field Floquet method (MFFM) to calculate the lasing intensity and emission frequency. This MFFM predicts the lasing transition to be accompanied by the breaking of a continuous $U(1)$ symmetry in a single Fourier component of the total field. In addition, we use the MFFM to derive bistable lasing and non-lasing solutions that highlight the non-linear nature of this system. We then test the bistability by studying hysteresis when slowly ramping external parameters across the threshold and back. Furthermore, we also compare our mean-field results to a second-order cumulant approach. The work provides simple methods for understanding complex physics that occur in cold atom lasers with narrow line transitions.
• Abstract（参考訳）: 本稿では,3つの内部レベルを持つ原子をV$構成し,光学キャビティと相互作用するラシングスキームの理論的記述について述べる。 v$レベルのシステムを使用することで、非一貫性のリポンピングを必要とせずに、効率的な閉じ込みサイクルを双極子-forbidden遷移で継続することができる。 これは、追加の双極子許容遷移を利用して実現される。 発散しきい値と発散周波数を非発散溶液の安定性解析により決定する。 平均フィールドFloquet法(MFFM)を用いて,ラシング強度とエミッション周波数を算出する。 このmffmは、発散遷移が全体の1つのフーリエ成分における連続的なu(1)$対称性の破れを伴うと予測する。 さらに, MFFM を用いて, このシステムの非線形性を強調したバイスタブルラッシングおよび非ラッシング解を導出する。 次に,外部パラメータを緩やかにしきい値と逆値に傾ける場合のヒステリシスを調べることにより,ビスタビリティをテストした。 さらに, 平均場結果と2次累積法との比較を行った。 この研究は、狭線遷移を伴う寒冷原子レーザーで起こる複雑な物理を理解するための単純な方法を提供する。

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