The Vacuum Emission Picture Beyond Paraxial Approximation
量子真空中电磁场之间有效非线性耦合的光学特征可以方便地用强经典时空相关电磁场诱导的受激光子发射过程来描述。最近的研究采用这种方法来研究近轴近似下高斯激光脉冲的碰撞。本研究扩展了这些调查超越傍轴近似，通过使用一个有效的数值求解器的经典输入字段。这种新的数值代码允许在真空中麦克斯韦方程所支配的一般电磁场中的QED真空非线性的光学签名的一致的理论描述，如明显的非傍轴激光脉冲。我们的代码是基于海森伯-欧拉有效拉格朗日的局部常数场近似。由于这种近似是适用于基本上所有的光学高强度激光实验，我们的代码是能够计算信号光子发射振幅在完全通用的输入场配置，仅限于数值成本。
2018-12-11 hep-ph physics.optics quant-ph
Paraxial Theory of Direct Electro-Optic Sampling of the Quantum Vacuum
利用近轴超快电光取样的量子理论，研究了真空涨落的直接探测和电场子周期量子特性的分析。通过采用薄ZnTe电光晶体和稳定的几飞秒激光脉冲的实际计算，证明了这种实验的可行性。我们发现，短的近红外探测脉冲与多太赫兹真空场模式的非线性混合导致信号方差相对于散粒噪声水平的增加。真空的贡献显着增加适当的长度的非线性晶体，短的探测脉冲持续时间，紧密聚焦，和足够大的光子数每个探测脉冲。如果真空输入被压缩，则信号方差取决于探针延迟。噪声水平低于纯真空的时间位置可以子周期精度跟踪。
2015-08-27 quant-ph
Generalized ABCD propagation for interacting atomic clouds
我们提出了一种处理的非线性物质波传播的启发，从光学方法，其中包括原子光学等效的无像差近似内的相互作用的影响。原子光学ABCD矩阵的形式主义，考虑到目前为止的非相互作用的云，微扰扩展超出线性政权的传播。这种方法，适用于讨论一个物质波谐振器的稳定性，涉及自由落体样品，同意完全非线性傍轴波动方程的预测非常好。另一种光学处理的相互作用的影响，基于无像差近似和均匀线密度的圆柱傍轴光束，也适用于物质波。
2009-04-15 cond-mat.other cond-mat.quant-gas physics.atom-ph
The paraxial approximation in quantum optics I: Henochromatic modes of a scalar field
本文研究了如何最好地将单个粒子的量子态与近轴近似下的窄准直经典辐射束的不同模式联系起来。我们的分析强调了问题中自然产生的两个内积之间关系的重要性。这两个参数是：一方面，用于在傍轴近似下将一般光束展开为正交模叠加的内积;另一方面，量子（场）理论的统计解释所依据的正则内积。虽然在文献中已经提出了几个候选人之间的关联光束模式和单粒子量子态的排序，在这里，我们认为，其中之一是唯一适合的任务。具体地说，束模式到“单色”量子态的映射在以前由Sudarshan、Simon和Mukunda引入的一大类类似映射中是独特的，因为它在数学精确意义上是酉的。
2023-02-10 quant-ph
Quantum gravity simulation by non-paraxial nonlinear optics
我们表明，在普朗克尺度的物理模拟可以发现在紧聚焦激光束的传播。在广义量子力学中出现的各种方程在形式上与描述非傍轴激光束的非线性非局域传输的方程相同。该分析包括一个广义的不确定原理，并表明，非线性聚焦光束的尺寸相当于波长对应于所谓的最大局域态的自发激发。该方法，由量子引力物理学的思想驱动，允许一个预测存在的自陷亚波长孤立波的聚焦和散焦非线性，并开辟了道路，实验室模拟的现象，已被认为是无法访问的。
2014-06-25 hep-th nlin.PS physics.optics
Turbulence Excitation in Counter-Streaming Paraxial Superfluids of Light
量子（超流体）领域的湍流，类似于其经典的对应物，继续吸引着大量的科学研究，由于尚未解决的问题数量众多。虽然湍流状态可以在简并原子气体中常规地产生，但没有通用的方案在光的流体中产生湍流。在傍轴传播条件下，光在体非线性介质中表现为二维超流体，由非线性薛定谔方程描述，形式上等价于弱相互作用玻色气体的Gross-Pitaevskii模型，其中光子-光子相互作用由三阶（Kerr）非线性介导。在这里，我们开发的理论描述的发病时，两个傍轴光学流体具有不同的流动速度通过光学非线性相互作用的动力学不稳定性。从数值模拟的非线性薛定谔方程，我们进一步描述的不稳定性的发病和描述其饱和的形式的涡核化和湍流的激发。文中还讨论了这种效应的实验观察。因此，这里所描述的不稳定性类提供了一个自然的途径，对调查的量子（超流体）湍流，结构的形成和超流体的光的平衡动力学。
2020-03-12 cond-mat.quant-gas physics.optics physics.plasm-ph
Unified approach towards the dynamics of optical and electron vortex beams
我们从几何相位和相关的霍尔效应的角度提出了一个统一的框架来研究光学和电子涡旋光束的动力学。统一归因于这样一个概念，即相对论性粒子的自旋自由度，无论是有质量还是无质量，都与涡线有关。%柱坐标中的公式导致与轨道角动量（OAM）相关的局部涡旋结构。基于圆柱坐标系，导出了与轨道角动量（OAM）有关的局域涡旋结构，证明了当电子涡旋束（EVB）在外电场中运动时，傍轴电子束产生OAM霍尔效应，而具有倾斜涡旋的非傍轴电子束在自由空间和外场中均产生自旋霍尔效应.类似的分析表明，非均匀介质中的傍轴涡旋光束（OVB）会产生OAM霍尔效应，而具有倾斜涡旋的非傍轴光束则会产生自旋霍尔效应。此外，OVB和EVB与倾斜的涡旋产生的OAM状态与任意的分数值。
2016-03-10 cond-mat.mes-hall physics.optics quant-ph
Field theory of monochromatic optical beams. I
我们研究单色，标量的亥姆霍兹和傍轴波方程的解决方案，从场论的角度来看。我们引入适当的时间无关的拉格朗日密度的欧拉-拉格朗日方程再现亥姆霍兹和傍轴波方程的$z$坐标，与传播的领域的主要方向，发挥相同的作用，在标准拉格朗日理论的时间。对于亥姆霍兹和傍轴标量场，我们计算了正则能量-动量张量，并确定了场的“能量”和“动量”的连续性方程。最后，给出了Helmholtz波动方程的一阶Dirac形式的简化。这项工作揭示了光波场的角谱表示，宇宙学模型和黑洞物理之间的有趣的和不那么承认的联系。
2014-12-02 physics.optics quant-ph
Photon-Photon Scattering at the High-Intensity Frontier: Paraxial Beams
我们的目标是研究强激光束所产生的强宏观电磁场中量子真空非线性的光学特征。真空发射方案非常适合这项任务，因为它自然区分入射激光束（描述为驱动效应的经典电磁场）和发射的信号光子（编码量子真空非线性的签名）。使用海森堡-欧拉有效作用量，我们的方法允许一个可靠的研究QED真空非线性的光子签名的参数制度访问的全光学高强度激光实验。为此，我们采用了一种有效的，灵活的数值算法，它允许在聚焦近轴高强度激光脉冲的碰撞中出现的信号光子的详细研究。由于我们的数值解的高精度，我们预测信号光子的总数，但也有充分的访问信号光子的特性，包括他们的光谱，传播方向和偏振。我们讨论的设置提供了一个很好的背景噪声比，从而提供了一个重要的一步量子真空非线性的实验验证。
2018-12-06 hep-ph physics.optics quant-ph
Spin-orbit-induced gauge field and spin Hall effects in quasi-paraxial fluids of light
Albert-Ludwigs-Universität Freiburg（弗莱堡大学）；Sorbonne Université（索邦大学）
本文发现准近轴光流体中自旋轨道相互作用自洽产生有效规范场，产生洛伦兹力并导致手性变形与自旋霍尔效应，以及波包进动。
2026-10-06 cond-mat.quant-gas physics.optics quant-ph
Non-paraxial effects on laser-qubit operations
本文结合解析模型与数值模拟，研究紧聚焦激光的非近轴纵向场导致的空间依赖 Rabi 频率、AC Stark 频移及量子比特—运动耦合，并量化其对单、双量子比特门保真度的影响。
2025-07-24 quant-ph
Relativistic quantum-mechanical description of twisted paraxial electron and photon beams
在相对论量子力学的框架下完成了对扭曲（涡旋）傍轴光子和电子的分析。使用Foldy-Wouthuysen表示从根本上简化了相对论电子的描述，并澄清了扭曲粒子的基本性质。证明了由拉盖尔-高斯波函数定义的扭曲光子是有光的。它的表观亚光性是因为光子能量由隐藏的横向运动贡献，而平均横向动量为零。然而，拉盖尔-高斯光子可以自洽地由具有非零运动学（洛伦兹不变）质量的亚光速质心来建模。该模型的适用性是质心参数与纵坐标无关的结果。所有扭曲和非扭曲的拉盖尔-高斯模式都是潜意识的。拉盖尔-高斯电子也有类似的性质。预测了拉盖尔-高斯光子和电子的速度和质量量子化的新效应。这种效应对于光子是可以观察到的。在一般非惯性系中考虑了由质心模型化的扭曲光子和电子。确定了它们的惯性质量和运动质量。拉盖尔-高斯电子的轨道磁矩与径向量子数无关。
2019-09-05 quant-ph
Spin and Orbital angular momentum propagation in anisotropic media: theory
研究了带有轨道角动量的光束在光学各向异性介质中的传输。我们首先回顾了均匀各向异性介质的一些特性，并描述了如何修改傍轴形式主义，以进行一个新的方法处理沿单轴非均匀介质的傍轴传播的一般设置。该方法适用于描述空间变光轴位相板。
2011-05-27 physics.optics quant-ph
Back-Scattering Properties of a Waveguide-Coupled Array of Atoms in the Strongly Non-Paraxial Regime
实验研究了在强非傍轴条件下，原子与光学介质倏逝耦合后的后向散射特性。我们观察到的功率和偏振的背散射光依赖于纳米纤维引导的激发场的方式，显着偏离基于两个层次的原子和标量波导的简单模型的预测。尽管它已被广泛用于波导耦合量子发射器的先前的实验和理论研究，因此，这个简单的模型是一般不足以甚至定性描述这样的系统。我们发展了一个从头算模型，其中包括原子的多层次结构和引导场的全部矢量属性，并找到非常好的协议与我们的数据。
2014-02-13 physics.atom-ph quant-ph
Wide cylindrical or spherical optical potentials from laser beam superpositions
从理论上研究了近轴拉盖尔-高斯激光束模式叠加产生基于光学偶极力的光学势。抛物型和其他单项式潜力，甚至权力，在圆柱和球对称，与大直径，可以合成。这种叠加方法有望帮助实现高质量的原子云操作和成像。
2009-04-28 physics.atom-ph physics.optics quant-ph
Spin selection rule for {\it S} level transitions in atomic rubidium under paraxial and nonparaxial two-photon excitation
本文报道了原子双光子跃迁自旋选择定则的实验检验。特别是，我们证明了在铷气体的$5S_{1/2}\to 6S_{1/2}$跃迁速率如下的螺旋度参数与激发光的偏振的二次依赖。对于通过单个高斯光束或热蒸气室中的两个反向传播光束的激发，跃迁速率与线性偏振度的平方成比例。当光是圆偏振时，速率达到零。与此相反，当激发是通过近场倏逝场实现时，仅通过改变光纤光的偏振态，双光子跃迁不能完全消失（理论上，在我们的实验条件下，不低于最大速率的13%）。我们的研究结果导致更深入地了解在强非傍轴光的原子中的多光子过程的物理。
2020-04-16 physics.atom-ph physics.optics quant-ph
Quantum mechanics of round magnetic electron lenses with Glaser and power law models of $B(z)$
本文从狄拉克方程出发，采用Foldy-Wouthuysen变换方法，在单粒子水平上导出了量子电子束流光学的标量理论。研究了轴向磁场为$B(z)$的Glaser模型和幂律模型的圆形磁电子透镜。根据Glaser模型透镜的傍轴运动方程的基本解，得到了Glaser模型透镜的傍轴量子传播子。在具有$B(z)$的幂律模型的透镜的情况下，还使用Peano-Baker级数构造通过求解微分方程获得的傍轴方程的众所周知的基本解。简要讨论了像差的量子力学。量子不确定性的作用，在像差，并在非傍轴光束的运动方程的非线性部分，指出。虽然量子效应对现代电子束器件光学的影响可以忽略不计，但本文的主要目的是了解电子束流光学的量子力学。
2021-01-12 physics.optics quant-ph
Paraxial fluids of light
本文综述了光的近轴流体平台，涵盖其理论框架（NLSE到GPE映射）、流体动力学、实验平台及未来方向，旨在探索量子流体现象并推动量子技术发展。
2025-04-08 cond-mat.quant-gas quant-ph
Optical Lenses for Atomic Beams
从理论上研究了利用近轴激光束模式叠加产生原子光学透镜的方法。薄，宽，抛物面，圆柱形和圆形的原子透镜的数值孔径远大于文献报道的日期可以合成。这种叠加方法有望使高质量的原子束成像和纳米沉积成为可能。
2009-01-14 physics.optics quant-ph
Interaction of a Laguerre-Gaussian beam with Rydberg atoms
在傍轴近似下，光的轨道角动量（OAM）向囚禁基态原子的转移机制是众所周知的。在这里，我们展示了如何光学OAM的拉盖尔-高斯（LG）光束的傍轴近似下可以转移到捕获的里德伯原子。光学OAM被证明是可转移到里德堡电子态的偶极跃迁。LG光束的高斯分布对OAM向里德伯原子的转移有重要影响，而高斯分布通常被忽略。利用该理论对囚禁在简谐势中的铷原子里德伯原子进行了数值计算。我们的结果显示了不同宇称的末态的混合。
2017-04-12 quant-ph
Hidden transverse-flow topology in partially coherent structured light
Universidad Complutense de Madrid（马德里康普顿斯大学）
该研究发现部分相干结构光可编码隐藏横流拓扑，通过构建广义横通量等方法，揭示两类光束的隐藏拓扑，表明交叉谱密度含有的物理信息不止强度与相干度。
2026-08-18 physics.optics quant-ph
Fractional Schrödinger equation in gravitational optics
本文讨论了分数量子力学的概念周围的问题，涉及到光在非均匀非线性介质中的传播，特别是限于所谓的引力光学。除了薛定谔-牛顿方程外，我们还研究了平坦和弯曲空间中的线性和非线性艾里光束加速度，以及与非线性薛定谔方程相关的分形光子学，其中讨论了分数拉普拉斯算子的影响。引力光学实现的另一个重要特征是它的近轴近似几何，当量子力学，特别是分数量子力学，是光学效应的有效描述时。在这种情况下，分数时间微分也反映了这种几何效应。
2021-01-28 nlin.CD quant-ph
Atom Nano-lithography with Multi-layer Light Masks: Particle Optics Analysis
在原子光刻的背景下，我们研究了多层驻波对原子的聚焦。特别是，原子定位的双层光掩模检查使用的最佳压缩方法。在傍轴近似和非线性空间压缩机制下分析了薄-薄和薄-厚原子透镜组合的聚焦装置的工作。结果表明，优化后的双光掩模可以大大减少成像问题，改善聚焦质量，提高沉积结构的对比度。
2005-03-22 quant-ph
