論文の概要: Optimized Laser Models with Heisenberg-Limited Coherence and
Sub-Poissonian Beam Photon Statistics
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2208.14082v2
- Date: Wed, 31 Aug 2022 07:00:49 GMT
- ステータス: 処理完了
- システム内更新日: 2023-01-28 12:00:43.956880
- Title: Optimized Laser Models with Heisenberg-Limited Coherence and
Sub-Poissonian Beam Photon Statistics
- Title（参考訳）: ハイゼンベルク制限コヒーレンスとサブポアソニアンビームフォトン統計量を用いた最適化レーザモデル
- Authors: L. A. Ostrowski, T. J. Baker, S. N. Saadatmand, and H. M. Wiseman
- Abstract要約: 本稿では,3種類のレーザーモデルを紹介する。
これらのパラメータがレーザービームのコヒーレンスと光子統計に与える影響について検討する。
- 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: Recently it has been shown that it is possible for a laser to produce a
stationary beam with a coherence (quantified as the mean photon number at
spectral peak) which scales as the fourth power of the mean number of
excitations stored within the laser, this being quadratically larger than the
standard or Schawlow-Townes limit [1]. Moreover, this was analytically proven
to be the ultimate quantum limit (Heisenberg limit) scaling under defining
conditions for CW lasers, plus a strong assumption about the properties of the
output beam. In Ref. [2], we show that the latter can be replaced by a weaker
assumption, which allows for highly sub-Poissonian output beams, without
changing the upper bound scaling or its achievability. In this Paper, we
provide details of the calculations in Ref. [2], and introduce three new
families of laser models which may be considered as generalizations of those
presented in that work. Each of these families of laser models is parameterized
by a real number, $p$, with $p=4$ corresponding to the original models. The
parameter space of these laser families is numerically investigated in detail,
where we explore the influence of these parameters on both the coherence and
photon statistics of the laser beams. Two distinct regimes for the coherence
may be identified based on the choice of $p$, where for $p>3$, each family of
models exhibits Heisenberg-limited beam coherence, while for $p<3$, the
Heisenberg limit is no longer attained. Moreover, in the former regime, we
derive formulae for the beam coherence of each of these three laser families
which agree with the numerics. We find that the optimal parameter is in fact
$p\approx4.15$, not $p=4$.
- Abstract（参考訳）: 近年、レーザーがコヒーレンス(スペクトルピークでの平均光子数として定量化されている)を持つ定常ビームをレーザーに格納された平均励起数の4番目のパワーとして生成することが可能であることが示されており、これは標準またはシェーロータウン限界[1]よりも2倍大きい。
さらに、これはCWレーザーの定義条件下での究極の量子限界(ハイゼンベルク限界)スケーリングであり、出力ビームの性質に関する強い仮定であることが解析的に証明された。
refで。
[2]では,上界のスケーリングや達成性を変化させることなく,ポアソニアンの出力ビームを高度にサブポアソニアンにできるという,より弱い仮定に置き換えることができることを示す。
本稿では,Refにおける計算の詳細について述べる。
[2]) として, レーザーモデルの3つの新しいファミリーを導入し, その成果の一般化と見なすことができる。
これらのレーザーモデルのそれぞれの族は実数$p$でパラメータ化され、元のモデルに対応する$p=4$である。
これらのレーザーファミリーのパラメータ空間を詳細に解析し、レーザービームのコヒーレンスと光子統計の両方に対するこれらのパラメータの影響について検討する。
このコヒーレンスに対する2つの異なる規則は、$p$の選択に基づいて特定され、$p>3$の場合、各モデルの族はハイゼンベルク制限ビームコヒーレンスを示すが、$p<3$の場合、ハイゼンベルク極限はもはや達成されない。
さらに、前政権では、これらの3つのレーザー系列のそれぞれが数値に一致するビームコヒーレンスの公式を導出する。
最適パラメータは実際には$p=4$ではなく$p\approx4.15$である。
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