論文の概要: Optical Vortex Transfer and Dispersion-Controlled Light Propagation in an Er YAG Three-Level Quantum System
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2511.02788v1
- Date: Tue, 04 Nov 2025 18:11:10 GMT
- ステータス: 翻訳完了
- システム内更新日: 2025-11-05 18:47:06.140324
- Title: Optical Vortex Transfer and Dispersion-Controlled Light Propagation in an Er YAG Three-Level Quantum System
- Title（参考訳）: Er YAG三層量子系における光渦伝達と分散制御光伝搬
- Authors: Arefeh Vaezi, Ali Mortezapour, Seyed Hossein Asadpour,
- Abstract要約: はしご型ErYAG3レベルシステムにおけるコヒーレント軌道角運動量(OAM)移動と分散制御光伝搬について理論的に検討した。
入射渦放出プローブビームは、濃度依存性の総周波数非線形過程を通じて、そのOAMを発生した信号ビームに転送することを示す。
- 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: We theoretically investigate coherent orbital-angular-momentum (OAM) transfer and dispersion-controlled light propagation in a ladder-type Er YAG three-level system. Using the density-matrix formalism and coupled Maxwell-Bloch equations, we derive analytical expressions for the probe and generated beams that explicitly incorporate Er ion concentration. We show that an incident vortex-carrying probe beam transfers its OAM to a generated signal beam through a concentration-dependent sum-frequency nonlinear process, with complete phase and topological-charge preservation. By analyzing conversion efficiency, spatial phase, and intensity distributions, we identify an optimal Er concentration (3 percent) that maximizes vortex-transfer efficiency. Furthermore, the absorption and dispersion spectra of the probe and generated beams reveal the mechanism underpinning the vortex transfer and demonstrate tunable transitions between fast and slow regimes. These results establish Er YAG as a viable solid-state platform for the coherent manipulation of structured light, enabling efficient vortex-beam frequency conversion and dispersion engineering for applications in high-dimensional quantum communication, wavelength-compatible OAM interfaces, and slow-light photonic signal processing.
- Abstract（参考訳）: はしご型ErYAG3レベルシステムにおけるコヒーレント軌道角運動量(OAM)移動と分散制御光伝搬について理論的に検討した。
密度行列形式と結合したマクスウェル・ブロッホ方程式を用いて、プローブの解析式を導出し、Erイオン濃度を明示的に包含するビームを生成する。
入射渦放出プローブビームは、全位相および位相電荷保存により、そのOAMを濃度依存性の総周波非線形過程を介して発生した信号ビームに転送することを示す。
変換効率,空間位相,強度分布を解析することにより,渦伝達効率を最大化する最適なEr濃度(3パーセント)を同定する。
さらに、プローブと生成されたビームの吸収と分散スペクトルは、渦伝達の根底にあるメカニズムを明らかにし、速い状態と遅い状態の間の調整可能な遷移を示す。
これらの結果は、Er YAGを構造光のコヒーレントな操作のための実行可能な固体プラットフォームとして確立し、高次元量子通信、波長互換OAMインタフェース、スローライト光信号処理における効率的な渦ビーム周波数変換および分散工学を可能にする。
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