論文の概要: Collective coupling of driven multilevel atoms and its effect on four-wave mixing

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2404.03615v2
• Date: Wed, 06 Nov 2024 21:39:07 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2024-11-08 19:36:06.669749
• Title: Collective coupling of driven multilevel atoms and its effect on four-wave mixing
• Title（参考訳）: 駆動型多層原子の集合結合と4波混合効果
• Authors: P. Yanes-Thomas, R. Gutiérrez-Jáuregui, P. Barberis-Blostein, D. Sahagún-Sánchez, R. Jáuregui, A. Kunold,
• Abstract要約: 本稿では、電磁環境を介して結合された多層原子からなる駆動系における協調効果の系統的解析を行う。 単光子相関と2光子相関の依存性は、それぞれの領域について、異なる原子配向によって詳細に研究されている。 双極子-双極子相互作用の異方性とその波動特性は光子相関の挙動を理解するために不可欠である。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.0
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• Abstract: Microscopic models based on multilevel atoms are central to optimizing non-linear optical responses and the coherent control of light. These models are traditionally based on single-atom effects that are parametrically extrapolated to include collective effects, such as an enhanced response or propagation within atomic media. In this work we present a systematic analysis of the cooperative effects arising in driven systems composed of multilevel atoms coupled via a common electromagnetic environment. The analysis is based on an interplay between dressed states induced by the driving field and photon exchanges, and collective decay channels. This theory is applied to the case of four-wave mixing induced by a pair of lasers acting on an atomic pair with internal levels in the diamond configuration. The effect of inter-atomic correlations and collective decay over the photons created in this nonlinear process is then explored. The dependence of single and two-photon correlations are studied in detail for each region by varying atomic orientations and laser parameters { consistent with current experiments involving atomic gases.}Photonic correlation functions are shown to exhibit a transition from a Lorentz-like dependence on the two-photon detuning -- with general features that can be obtained in an isolated atom scheme -- to a two-peaked distribution when the dipole-dipole interactions become relevant. For weak Rabi frequencies whose value is smaller than the highest collective decay rate, the atoms are trapped inside their ground state as they approach each other. It is found that the anisotropy of the dipole-dipole interaction and its wave nature are essential to understand the behavior of the photons correlations. Signatures of these processes are identified for existing experimental realizations.
• Abstract（参考訳）: 多レベル原子に基づく顕微鏡モデルは、非線形光学応答の最適化と光のコヒーレント制御の中心である。 これらのモデルは伝統的に単原子効果に基づいており、パラメトリック的に外挿され、原子媒体内での応答の増強や伝播のような集合的な効果を含む。 本研究では、電磁環境を介して結合された多層原子からなる駆動系における協調効果を系統的に解析する。 この分析は、駆動場と光子交換によって誘導される着衣状態と集団崩壊チャネルとの相互作用に基づいている。 この理論は、ダイヤモンド構成の内部レベルを持つ原子対に作用する一対のレーザーによって誘導される4波混合の場合に適用される。 この非線形過程において生成した光子に対する原子間相関と集団崩壊の影響について検討する。 単光子相関と2光子相関の依存性は、原子配向やレーザーパラメータによって各領域について詳細に研究され、現在の原子ガスに関する実験と一致している。 フォトニック相関関数は、双極子-双極子相互作用が関係するときに、2光子デチューニング(孤立原子スキームで得られる一般的な特徴を持つ)へのローレンツ様依存から2ピーク分布への遷移を示す。 高い集団崩壊速度より小さい弱いラビの周波数では、原子同士が接近するにつれて基底状態に閉じ込められる。 双極子-双極子相互作用の異方性とその波動特性は光子相関の挙動を理解するために不可欠である。 これらのプロセスの署名は、既存の実験的な実現のために識別される。

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