Signature of strong atom-cavity interaction on critical coupling
Shourya Dutta Gupta, Subimal Deb, S. Dutta Gupta
研究了以超材料平板为反射镜的临界耦合腔。我们展示了如何共振原子腔相互作用可以导致分裂的临界耦合倾角。结果解释的耦合系统的频率和寿命分裂。
We study a critically coupled cavity doped with resonant atoms with metamaterial slabs as mirrors. We show how resonant atom-cavity interaction can lead to a splitting of the critical coupling dip. The results are explained in terms of the frequency and lifetime splitting of the coupled system.
机构、总结、中文摘要均由AI分析而来，可能存在错误，请以论文正文为准。
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Large Kerr nonlinearities on cavity-atom polaritons
我分析了一个方案，该方案能够产生大的克尔非线性腔原子极化激元在腔QED系统由多个三能级原子限制在一个腔模式。弱控制激光从自由空间耦合到原子，在耦合腔-原子系统的极化激元激发中引起破坏性量子干涉，并在腔内光场上产生大的克尔非线性。该方案可用于超弱光下腔原子极化激元的光开关或交叉相位调制，在腔QED、量子测量和量子逻辑门等量子态操纵中具有重要的应用价值.
Interaction-free all-optical switching at low light Intensities in a multi-atom cavity QED system
提出了一种在腔QED系统中实现无相互作用的全光开关的方案，该系统由腔中的三能级原子和自由空间控制激光耦合而成。信号光场耦合到谐振腔中，信号光场在谐振腔中的透射和反射形成两个输出通道。我们发现，自由空间控制激光诱导破坏性的量子干涉的激发腔内正常模式，它可以用来打开或关闭的反射和传输通道的输出信号光。当控制光耦合到原子时，输入信号光几乎被全反射，这意味着控制光和信号光没有通过腔限制原子的直接耦合。我们提出的分析和数值计算表明，这种类型的无相互作用的全光开关耦合腔原子系统可以实现高开关效率和低光强。
Signature of ray chaos in quasi-bound wave functions for a stadium-shaped dielectric cavity
在光线模型和波动模型下研究了体育场形介质腔的光发射。对于低损耗的无源腔模，准束缚波函数的相空间表示与射线模型中的对应分布之间存在着显著的对应关系。这一结果提供了额外的和更直接的证据，良好的射线波对应的低损耗模式，以前观察到的远场发射模式比较的水平。
Low-intensity light switching of cavity-atom polaritons
本文分析了由多个三能级原子组成的腔QED系统中的全光开关方案。从自由空间耦合到原子的控制激光在耦合腔-原子系统中引起量子干涉，并实现腔-原子极化激元的全光开关。当腔被调谐到远离原子共振时，腔-原子极化激元由几乎纯的光子激发组成，因此该方案可用于低光强下的光子开关。
A Many-Atom Cavity QED System with Homogeneous Atom-Cavity Coupling
我们演示了一个具有高精细度双波长驻波腔的多原子腔系统，其中所有参与的铷原子几乎相同地耦合到780 nm的腔模。这种均匀耦合是由1560 nm腔模场形成的一维光晶格来实现的。
Strong coupling between a trapped single atom and an all-fiber cavity
我们研究了一个在强耦合区囚禁单原子的全光纤腔QED系统。我们使用了一个双折射法布里-珀罗腔，即一个夹在两个光纤布拉格光栅反射镜之间的光学谐振腔。对单原子在态不敏感双原子阱中的腔透射谱的测量清楚地揭示了真空拉比分裂。
Vacuum Rabi splitting and intracavity dark state in a cavity-atoms system
我们报告了与冷Rb原子耦合的光学腔透射谱的实验测量结果。我们观察到了腔-原子复合系统的多原子真空拉比分裂。在一个Lamda型三能级系统中，当原子与腔场发生共振双光子Raman跃迁时，我们观察到一个具有两个真空Rabi边带和一个代表腔内暗态的中心峰的腔透射谱。暗态共振使中心峰线宽显著变窄，且中心峰位置对空腔频率变化不敏感。
Signatures of misalignment in x-ray cavities of cavity-based x-ray free-electron lasers
基于腔的X射线自由电子激光（CBXFEL）将允许使用光学腔反馈来支持由波动器中的电子产生高亮度和稳定性的完全相干的X射线。CBXFEL光学腔包括布拉格反射平面晶体镜和X射线折射透镜，布拉格反射平面晶体镜确保X射线在闭合轨道上循环，X射线折射透镜稳定轨道并将X射线重新聚焦到波荡器中的电子上。根据腔体设计，光学元件有数十个自由度，这些自由度永远无法完美对准。在这里，我们研究的光学元件和波荡器源的失调的签名的目的是了解失调的X射线束动力学的影响，了解失调公差，和开发腔对齐程序。X射线束轨迹的Betatron振荡（对称和非对称）是腔未对准的特征签名之一。振荡周期在一般情况下是腔中的X射线的非整数次往返通过。该周期（与振荡的振幅和偏移不同）与未对准的类型无关，并且由腔参数定义。利用解析和数值波动光学以及光线追迹技术对一个四晶体矩形腔的例子进行了研究。共焦和通用稳定腔类型进行了研究。
Ultra-cold atoms in an optical cavity: two-mode laser locking to the cavity avoiding radiation pressure
超冷原子云与光腔光场的结合为发展新型激光冷却和研究合作现象提供了一个强有力的模型系统。这些实验关键取决于入射泵浦激光器相对于腔谐振的精确调谐。在这里，我们提出了一个简单而可靠的实验调谐方案的基础上的双模激光光谱仪。该方案使用第一激光器来探测腔的高阶横模，其在腔的光轴附近具有最小强度，其中原子被磁阱限制。用这种方法，在不使原子暴露于不需要的辐射压力的情况下观察到腔共振。第二个激光器，这是锁相到第一个和调谐接近基本腔模式驱动的相干原子场动力学。
Unconventional geometric quantum phase gates with a cavity QED system
我们提出了一种利用腔中原子的非常规几何相移实现双量子比特量子相位门的方案。在该方案中，原子同时与一个高失谐腔模和一个经典场相互作用。原子在门操作期间不经历跃迁，而腔模在相空间中沿圆周移动，获得以原子状态为条件的几何相位。在一定条件下，原子与腔模的纠缠被解除，因此门对原子自发发射和腔衰减都不敏感。
Stability analysis for bad cavity lasers using inhomogeneously broadened spin-1/2 atoms as gain medium
坏腔激光器由于其对激光腔波动的增强的鲁棒性而在有源光学频率标准的背景下经历新的兴趣。增益介质将由窄线宽原子组成，它们要么被困在腔内，要么动态地与腔模相交。原子有限速度分布、原子间相互作用、实际多能级原子与辅助场或杂散场的相互作用等一系列效应都会导致原子增益分布的非均匀展宽。这导致激光器操作的不稳定制度的出现，其特征在于场振幅的复杂的时间模式。研究了具有自旋为1/2的原子（如Yb-171）与外磁场相互作用的坏腔激光器的稳态解及其稳定性。对于稳定性分析，我们提出了一种新的和有效的方法，它可以应用于广泛的一类单模坏腔激光器的非均匀加宽的多级原子作为增益介质。
Cavity-enhanced non-destructive detection of atoms for an optical lattice clock
我们展示了一种新的方法，腔增强的非破坏性检测原子的锶光晶格时钟。的检测方案被证明是线性的原子数高达至少10,000个原子，拒绝技术噪声源，以实现接近光子散粒噪声限制的信噪比，以提供空间均匀的原子腔耦合，并尽量减少不均匀的交流斯塔克位移。这些特征使得能够以对原子状态的最小扰动来检测原子，这是实现超高稳定性、量子增强光晶格时钟的关键一步。
Dynamics of several two-level atoms in a one-mode cavity
用主方程形式描述了少量二能级原子与腔模相互作用的动力学过程。两种不同的配置被认为是：一个短暂的一个与所有的原子最初在激发态和一个固定的一个相干泵作用于原子或腔模式。超辐射，共振散射和切换之间的低和高的发射状态被认为是。合作和退相干以及在这两种情况下的辐射场的统计进行了讨论。
Generation of entangled states for many multilevel atoms in a thermal cavity and ions in thermal motion
提出了一种在热腔中产生两个或多个多能级原子纠缠态的方案。在强经典场的辅助下，有效汉密尔顿中与光子数相关的部分被取消。因此，该方案是不敏感的腔衰减和热场。该方案不需要单独寻址腔中的原子。该方案也可以用来产生许多热多能级离子的纠缠态。
Conventional and unconventional photon blockade effects in an atom-cavity system
二能级系统与腔场相互作用是研究光子阻塞效应的重要模型。关于这个主题的大多数工作都是基于原子跃迁频率与腔的基模频率共振的假设。我们放松这一约束，并重新审查PB在一个更一般的原子-腔系统与任意原子和腔失谐驱动场。结果表明：当原子与腔失谐量的符号相同时，强耦合区只出现光子聚束效应;而当原子与腔失谐量的符号相反时，强耦合区和弱耦合区都出现了强的光子反聚束效应，并且比原子与腔失谐量符号相同时的光子聚束效应更好.更有趣的是，我们发现这个PB产生于弱和强非线性的量子干涉。这些结果加深了我们对光子带隙产生机理的理解，并可能有助于利用原子-腔系统构造高纯度、高灵活性的单光子源。
Cavity-enhanced optical Hall effect in two-dimensional free charge carrier gases detected at terahertz frequencies
本文展示并讨论了可调谐外部耦合法布里-佩罗腔在传统类德鲁德二维电子气产生的太赫兹频率下共振增强光学霍尔效应特征的效果。结果，证明了在方便获得的磁场下，例如通过钕永磁体，检测光学霍尔效应特征。实验中使用了生长在蓝宝石衬底上的AlInN/GaN基高电子迁移率晶体管结构。给出并讨论了由外耦合法布里-珀罗腔的频率和反射率最小值和最大值决定的光学霍尔效应特征及其色散。调谐外部耦合法布里-珀罗腔强烈地修改了光学霍尔效应特征，这为光学霍尔效应实验提供了除了频率、入射角和磁场方向和强度之外的新的自由度。
Dynamics of bad-cavity enhanced interaction with cold Sr atoms for laser stabilization
冷原子和光学腔的混合系统是提高用于量子精密测量和原子钟的激光振荡器稳定性的有前途的系统。在本文中，我们映射出这样一个系统中的原子腔动力学，并证明了该方法的局限性和鲁棒性。研究了冷锶-88原子系综在激光稳频中作为误差信号的光学腔中的相位响应。利用这个系统，我们实现了一个机制，其中高原子相移限制了动态锁定范围。这种限制是由腔体传递函数引起的，腔体传递函数将输入场与输出场联系起来。然而，腔动力学的激光稳定的前景，使系统对腔的波动和理想的改善未来的窄线宽激光器的鲁棒性的影响很小。
Optical bistability enabled control of resonant light transmission for an atom-cavity system
本文从理论上研究了当腔模光束和相交的控制光束都接近特定的原子共振态时，光通过含原子的法布里-珀罗腔的控制问题。考虑了一个四能级原子系统，通过求解随时间变化的腔场和原子态布居，研究了它与腔模的相互作用。在稳态极限下，得到了原子-腔系统光学双稳的条件。对于腔模中的原子系综，对于静止原子（封闭系统）和非静止原子（开放系统）理解腔内光强度对相交共振光束的响应。通过调整原子态布居来模拟开放系统，以表示原子在腔模中与热环境的交换。该模型的解决方案被用来定性地解释所观察到的稳态和瞬态行为的光腔模式，在夏尔马等。[1]。还研究了三能级和二能级原子系统的控制行为，并讨论了这些系统所产生的丰富的物理，对于封闭和开放的原子系统。
Collective strong coupling of cold potassium atoms in a ring cavity
我们在高精细度环形腔中进行了冷钾原子的系综腔量子电动力学实验。钾-39原子在二维磁光阱中被冷却并转移到与腔模相交的三维阱中。该装置进行了详细描述，并提出了与钾原子的强耦合的第一个意见。原子与光的集体强耦合是通过腔透射谱的分裂和简正模的避免交叉来证明的。
Tunable Cavity Optomechanics with Ultracold Atoms
我们提出了一种基于原子芯片的量子腔光学力学的实现与冷原子局域在法布里-珀罗腔。有效的亚波长定位的原子系综允许调谐的线性和二次光机械耦合参数，变化的灵敏度的位移和应变的可压缩气体悬臂。我们观察到这样的调谐腔的光学非线性和光机械频移的影响，提供他们的第一个表征在二次耦合制度。
Cavity optomechanics with cold atoms
几十年来，由于物体与光的相互作用而对物体产生的机械影响一直是原子物理学的中心课题。因此，人们发现，许多概念开发来描述腔光学机械系统与固态机械振荡器也平行开发有关冷原子物理学。我描述了几个这些想法从原子物理学，包括光学方法检测量子态的单个冷原子和原子系综，单原子腔量子电动力学内的运动效应，集体光学效应，如超辐射瑞利散射和腔冷却的原子系综。我提出了几个实验实现的腔光学力学中，原子系综作为机械元件。这些被分为通过将光发送到腔输入镜（“腔泵浦”）或通过将光发送到原子系综（“侧泵浦”）来驱动的系统。腔泵浦系统清楚地展示了腔光机系统的关键现象，包括腔辅助位置传感，相干反作用效应，如光学弹簧和腔冷却，以及光机双稳态;其中几种效应不仅被检测到线性，而且被检测到二次光机耦合。原子系综与机械扰动的极端隔离，以及其在原子共振频率附近的强极化性，使这些光机系统对量子辐射压力波动高度敏感。我描述了几种实验观察到这些波动的方法。最后，我考虑侧抽运腔的腔光学力学方面的实验，补充这些系统的凝聚态物理的概念，如量子相变和超固体最近的治疗。
Real-time observation of single atoms trapped and interfaced to a nanofiber cavity
我们提出了一种基于光镊的单原子捕获方法。我们发现，单原子的荧光捕获的双腔可以很容易地观察到实时通过光纤导模。光子相关测量进一步阐明了原子数和陷阱的动力学。陷阱寿命测量为52 $\pm$ 5 ms。从不同腔衰减率测量的光子统计，原子-腔界面的有效耦合率估计为34 $\pm$ 2 MHz。对于线宽为164 MHz的腔模，这产生5.4 $\pm$ 0.6的协同性和85 $\pm$ 2%的腔增强沟道效率。这些结果可能为在全光纤平台上构建基于单原子的量子界面开辟新的可能性。
Pushing single atoms near an optical cavity
该研究利用光学散射力沿重力方向施加推束，显著减少了单个原子加载到腔模式的时间，并实现了快速且速度分布窄的原子传输，同时能实时观察和调控原子运动，从而提升原子-腔实验效率。
Cavity cooling of atoms: Within and without a cavity
我们比较了两种光学冷却方案的效率，其中单个粒子是在光学腔的内部或外部，在实验可实现的条件下。我们评估的冷却力使用的一般解决方案的传输矩阵方法的移动散射体内的一般一维系统组成的固定的光学元件。假设相同的原子饱和参数，我们发现，这两种冷却方案提供的冷却力和平衡温度的大小相当。
High finesse bow-tie cavity for strong atom-photon coupling in Rydberg arrays
本文报道了一种用于里德伯原子阵列原子物理实验的高精细度蝴蝶结腔。该腔体在铯D2线（$852$ nm）处具有精细度$51,000$和腰部$7.1$ $μ$ m。利用这些参数，预期腔诱导单原子和单光子之间的强耦合，对应于腔腰处的$35$的每个行进模式的协同性。为了捕获和成像原子，腔设置利用两个具有$0.35$的数值孔径（$NA$）的真空非球面透镜，并且能够容纳$NA=0.5$显微镜物镜。此外，大的原子-镜距离（$\gtrsim1.5$ cm）提供了良好的光学访问，并使原子位置处的杂散电场最小化。这种腔设置可以与Rydberg阵列平台协同工作，为量子模拟和计算创建一个完全连接的系统。
Non-reciprocal Cavity Polariton with Atoms Strongly Coupled to Optical Cavity
本文实验展示了多原子与法布里-珀罗腔强耦合的手性腔QED系统，通过极化原子内态打破时间反演对称性，在线性区实现单光子级超过30 dB的光学隔离，并验证了零磁场工作和隔离方向可重构性，非线性区还观察到非互易非经典统计。
Collective strong coupling in multimode cavity QED
我们研究了一个原子-腔系统，其中腔具有多个简并横模。模式分辨腔透射光谱揭示了良好的解决原子腔共振的几个腔模式，集体强耦合的不同模式的签名。此外，实验还表明，腔模之间是通过腔中的原子系综耦合的。详细的理论分析支持的实验观察。这项工作为在基于腔的量子信息处理中使用相互作用的简并模式铺平了道路，其中对应于不同腔模式的量子比特通过两种模式共享的原子相互作用。我们的研究结果也与超冷原子量子自旋玻璃的实验实现有关。
Cavity dark mode mediated by atom array without atomic scattering loss
本文利用结构因子最大化的可配置原子阵列与环形腔强耦合，实现无原子散射损耗的腔暗模，并支持两光学模式高效转换、任意相移调控及单原子寻址。
Non-destructive detection of ions using atom-cavity collective strong coupling
我们提出了一种基于耦合到光学腔的原子的技术，用于对捕获离子进行无损检测。我们证明了真空拉比分裂（VRS），由于超冷Rb原子的集体强耦合到一个腔，改变存在的被困Rb+离子。Rb+离子是光学暗的，Rb原子是在暗磁光阱（MOT）中制备的。VRS是在最初暗的Rb原子的光学开放跃迁上测量的。测量本身是快速的，非破坏性的，并有足够的保真度，允许测量原子态选择性离子-原子碰撞率。该演示说明了一种基于原子-腔耦合的方法来测量两个粒子的相互作用一般和非破坏性。
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