論文の概要: Low-Energy Free-Electron Nonclassical Lasing

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2511.10274v1
• Date: Fri, 14 Nov 2025 01:42:39 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2025-11-14 22:53:22.788771
• Title: Low-Energy Free-Electron Nonclassical Lasing
• Title（参考訳）: 低エネルギー自由電子非古典ラシング
• Authors: Mai Zhang, Yu Wang, Chang-Ling Zou, Lei Ying, Qiongyi He, Guang-Can Guo, Chun-Hua Dong,
• Abstract要約: 我々は、フォトニック結晶キャビティにおける非コヒーレント電子が光子をコヒーレントに放出することを示す非古典的なラッシングの理論を示す。 このアプローチはフォトニック統合をサポートし、室温量子光源のためのスケーラブルでエネルギー効率の良いプラットフォームを提供する。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 8.739579465557282
• License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
• Abstract: Harnessing a beam of slow free electrons in artificial photonic structures offers a powerful, tunable platform for generating nonclassical light without the need for heavy physical equipment. Here we present a theory of nonclassical lasing, demonstrating how incoherent electrons in photonic crystal cavities can coherently emit photons through collective dynamics. When photon emission rate exceeds cavity losses, nonclassical lasing with sub-Poissonian photon statistics emerges, driven by multi-photon Rabi oscillations. At specific coupling strengths, quantum state trapping effect emerges, producing high-fidelity Fock states at room temperature (e.g. nearly 90%-fidelity of four photon Fock state). Notably, the frequency of the emitted photons can be readily tuned via the velocity of the injected electrons to match cavity modes. This approach supports photonic integration and offers a scalable, energy-efficient platform for room-temperature quantum light sources and advanced studies in quantum electrodynamics.
• Abstract（参考訳）: 人工フォトニック構造における遅い自由電子ビームのハーネスは、重い物理機器を必要とせず、非古典的な光を生成するための強力で調整可能なプラットフォームを提供する。 ここでは、フォトニック結晶キャビティにおける非コヒーレント電子が、集合力学を通して光子をコヒーレントに放出する方法を示す非古典的なラッシングの理論を示す。 光子放出速度が空洞損失を超えると、多光子ラビの発振によって、ポアソニアン以下の光子統計を持つ非古典的なラシングが出現する。 特定の結合強度において、量子状態トラップ効果が出現し、室温で高密度フォック状態(例えば4光子フォック状態の90%近く)が生じる。 特に、放出された光子の周波数は、注入された電子の速度によって容易に調整され、キャビティモードと一致する。 このアプローチはフォトニック統合をサポートし、室温の量子光源と量子電磁力学の高度な研究のためのスケーラブルでエネルギー効率の良いプラットフォームを提供する。

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