論文の概要: Light scattering properties beyond weak-field excitation in atomic ensembles
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2310.17106v3
- Date: Tue, 2 Jul 2024 09:36:18 GMT
- ステータス: 処理完了
- システム内更新日: 2024-07-04 08:09:56.695441
- Title: Light scattering properties beyond weak-field excitation in atomic ensembles
- Title（参考訳）: 原子アンサンブル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,累積膨張法を用いて検討した。
解析の結果, 弱い双極子-双極子相互作用 (DDI) の段階において, 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）: 5.334943546242879
- 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 the 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 in 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 mean-field models as good extensions to linear models as it balances both accuracy and computational complexity. However, the crucial role of higher-order cumulants in large and dense atom systems remains unclear, since it is challenging theoretically owing to the exponentially increasing Hilbert space in such light-matter interacting systems.
- Abstract（参考訳）: 大型原子系の光学的性質の研究において、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。
本稿では,原子アンサンブルの光散乱特性について,累積膨張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により、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。
分析の結果, 弱い双極子-双極子相互作用 (DDI) の段階において, 1次展開は光深度に対する良好な予測を導出し, より密度の高い原子配置は高次相関を考慮する必要があることがわかった。
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。
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まで広がり、線形モデルからはかなり逸脱する。
本研究は,線形モデルに対する平均場モデルを精度と計算複雑性の両立を図ったものである。
しかし、このような光物質相互作用系におけるヒルベルト空間の指数関数的増加により理論的に難しいため、大きくて密度の高い原子系における高次累積物の役割は依然として不明である。
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