論文の概要: Light scattering properties beyond weak-field excitation in a few-atom
system
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2310.17106v1
- Date: Thu, 26 Oct 2023 02:16:51 GMT
- ステータス: 処理完了
- システム内更新日: 2023-10-27 22:33:01.894391
- Title: Light scattering properties beyond weak-field excitation in a few-atom
system
- Title（参考訳）: 少数原子系における弱場励起以外の光散乱特性
- Authors: Chung-Hsien Wang, Nai-Yu Tsai, Yi-Cheng Wang, H. H. Jen
- Abstract要約: 本研究では,原子アンサンブルの光散乱特性について,累積展開法を用いて検討した。
解析の結果、ヒルベルト-双極子相互作用(DDI)の弱い状態において、第1次展開は光深度に対する良好な予測をもたらすことがわかった。
入射光の強度が増加すると、原子飽和効果が顕著になり、光透過性、エネルギーシフト、崩壊速度が著しく変化する。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 5.828042564539135
- License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
- Abstract: In the study of optical properties of large atomic system, a weak laser
driving is often assumed to simplify the system dynamics by linearly coupled
equations. Here we investigate the light scattering properties of atomic
ensembles beyond weak-field excitation through cumulant expansion method. By
progressively incorporating higher-order correlations into the steady-state
equations, an enhanced accuracy can be achieved in comparison to the exact
solutions from solving a full density matrix. Our analysis reveals that, in the
regime of weak dipole-dipole interaction (DDI), the first-order expansion
yields satisfactory predictions for optical depth, while denser atomic
configurations necessitate consideration of higher-order correlations. As the
intensity of incident light increases, atom saturation effects become
noticeable, giving rise to significant changes of light transparency, energy
shift, and decay rate. This saturation phenomenon extends to subradiant atom
arrays even under weak driving conditions, leading to substantial deviations
from the linear model. Our findings demonstrate the potential of mean-field
models as good extensions to linear models as it balances both accuracy and
computational complexity, which can be an effective tool for probing optical
properties in large atom systems. However, the crucial role of higher-order
cumulants in large atom systems under finite laser field excitations remains
unclear since it is challenging theoretically owing to the
exponentially-increasing Hilbert space in such light-matter interacting
systems.
- Abstract（参考訳）: 大型原子系の光学特性の研究において、線形結合方程式による系のダイナミクスを単純化するために弱いレーザー駆動がしばしば仮定される。
ここでは,原子アンサンブルの光散乱特性について,累積展開法を用いて検討する。
定常方程式に高次相関を漸進的に組み込むことで、完全な密度行列を解いた正確な解と比較して精度を向上することができる。
解析の結果,弱い双極子-双極子相互作用(ddi)では,一階展開は光学的深さの予測を満足できるが,より高密度な原子配置は高次相関を考慮しなければならないことが明らかとなった。
入射光の強度が増大するにつれて、原子飽和効果が顕著になり、光透過性、エネルギーシフト、崩壊速度が大きく変化する。
この飽和現象は弱い駆動条件下でもサブラジアント原子配列に拡張され、線形モデルからかなりのずれが生じる。
本研究は,大規模原子系における光学的性質の探索に有効なツールであり,精度と計算複雑性のバランスをとるため,線形モデルの優れた拡張として平均場モデルの可能性を示す。
しかし、有限レーザー場励起の下での大型原子系における高次累積物の役割は、このような光物質相互作用系における指数的に増加するヒルベルト空間のために理論的に困難であるため、明らかになっていない。
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