Controllable optical bistability and Fano line shape in a hybrid optomechanical system assisted by Kerr medium: Possibility of all optical switching
本文从理论上分析了由量子点耦合到光机械腔中的非线性克尔介质的混合系统中的光学和光机械非线性,并指出这种混合系统可以用作全光开关。利用量子点与腔的耦合强度、克尔效应和光机械非线性效应,可以实现对腔内平均光场和弱探测光场功率传输特性的高度控制和可调谐性,为设计高效率的全光开关和高灵敏度的传感器提供了理论依据。
2017-08-13 physics.optics quant-ph
Emergent limit cycles, chaos, and bistability in driven-dissipative atomic arrays
研究自由空间中亚波长周期性原子阵列的驱动-耗散动力学,发现其平均场模型在后期表现出单稳态、双稳态、极限环和混沌四种动力学,且混沌仅由相干驱动与耗散的相互作用产生。
2024-06-27 quant-ph
Emission spectra and intrinsic optical bistability in a two-level medium
考虑局域场效应和共振频率的重正化,对稠密二能级介质中共振辐射的散射进行了理论研究。本征光学双稳态被认为是由入射场强控制的荧光光谱模式之间的切换。响应光谱计算分析的整个滞后回线的原子激发。本文从Bogolubov-Born-Green-Kirkwood-Yvon方程组出发,导出了描述原子系综与光场非线性相互作用的方程组,其中包括原子和量子化场模的约化单粒子密度矩阵及其关联算符。具有分离的相干成分和非相干成分的散射光的光谱功率在层次内被直接获得。发射光谱的公式可以用来区分可能的机制,建议产生内在的双稳态。
2010-10-14 quant-ph
Optoelectronic control of atomic bistability with graphene
我们研究了石墨烯片附近二能级原子光学双稳态的产生和主动控制。我们的理论结合了光驱动原子的自相互作用及其与电磁真空模式的耦合,这两者都对石墨烯中的电可调带间跃迁阈值敏感。我们表明,电光双稳态和滞后可以体现在强度,光谱和量子统计的原子,它经历了临界慢下来的稳态发射的光。光学驱动的原子-石墨烯相互作用构成了量子相干控制和原子物理学中主动控制被驱动原子系统的平台。
2022-07-25 cond-mat.mes-hall physics.atom-ph physics.optics
Bistability in a Mesoscopic Josephson Junction Array Resonator
我们提出了一个实验研究的随机开关的约瑟夫森结阵列谐振器的谐振频率在GHz范围内。当器件处于非谐性为线宽量级的状态时,泵浦强度仅为几个光子时就会出现双稳态。我们通过连续观察两个亚稳态之间的跳跃来测量双稳态的动态,所述跳跃以从几Hz到几MHz的速率发生。开关速率强烈地依赖于泵浦强度、读出强度和温度,遵循Kramer定律。非线性和耦合之间的相互作用,在这个很少探索的制度,可以提供一个新的资源,非爆破测量,单光子开关,甚至元件的自主量子纠错。
2017-06-26 cond-mat.supr-con quant-ph
Ground state bistability of cold atoms in a cavity
本研究在集体强耦合区域利用腔模实验实现冷原子超精细基态间的高纯度光学双稳态,以驱动耗散一阶相变范式解释其机制,通过磁滞实验验证相变阶次,相图符合半经典平均场理论。
2022-07-04 quant-ph
Dynamic optical bistability in resonantly enhanced Raman generation
我们报道了Rb蒸气中共振增强受激拉曼散射的新动力学行为。特别地,我们证明了拉曼散射光场响应于驱动激光场强度和/或频率的变化的动态滞后。这种效应可以被描述为由原子相干性的形成和衰减引起的光学双稳的动态形式。我们已经将这种现象应用于全光开关的实现。
2004-04-11 quant-ph
Cavity Nonlinear Optics at Low Photon Numbers from Collective Atomic Motion
研究了法布里-珀罗光学谐振腔中超冷原子位移引起的克尔非线性和色散光学双稳。在驱动谐振腔中,这种集体运动是由作用在一维腔内光晶格的最低能带中制备的高达$10^5$ $^{87}$ Rb原子上的光学力引起的。原子运动相干性的寿命允许在极低的腔光子数下的强非线性光学,如通过在光子数低于1时观察光学双稳性的两个分支所证明的。
2007-09-05 quant-ph
Highly sensitive controllability of optical bistability in three-level atomic systems
从理论上研究了囚禁在光学腔中的$N$非相互作用三能级原子系综中的光学双稳现象。原子处于$Λ$能级结构,其中一个原子跃迁由腔模耦合,而另一个原子跃迁由经典场耦合。此外,我们考虑了驱动腔模的泵浦场。利用这个系统,我们能够观察到新的滞后类型,同时扫描泵浦场的频率或控制场的拉比频率(强度)。我们表明,它们可以通过系统的外部参数高度可控,实现非常窄的宽度,因此对于构建新设备非常有用,例如激光场频率或强度的小波动探测器。
2022-01-20 physics.atom-ph physics.optics quant-ph
Perfect photon absorption in hybrid atom-optomechanical system
近年来,光子吸收引起了人们的极大兴趣,并在许多应用中发挥着重要作用。在这里,我们提出了一个有价值的计划,以研究理想的光子吸收的混合原子光机械系统下和超出低激发极限。在线性激发和非线性激发下,理想光子吸收均存在于光学双稳/多稳阈值之下。由非线性光机相互作用和非线性原子激发引起的光学非线性可以叠加,完全光子吸收与低激发极限以上的光学多稳性之间存在着完美的对应关系,通过增加输入光强可以实现光学双稳性向光学多稳性的转换。理想的光子吸收和光学双稳/多稳特性的结合有利于光子开关的应用。我们相信,这项研究将提供一个可能的设计的光开关。
2017-04-14 quant-ph
Collective atomic correlations in absorptive optical bistability without adiabatic elimination: exemplifying nonclassicality from a linearized treatment of fluctuations
我们确定了吸收光学双稳中集体原子自由度的非相干谱、压缩特性和二阶关联函数。这是通过在正P表示中的线性化Fokker-Planck方程来实现的,由[H. J. Carmichael,Phys.Rev.A33,3262(1986)],其不采用绝热消除。我们重点关注弱和强腔内激发的机制,解决好腔和坏腔限制以及集体强耦合的限制。利用与系综耦合的辅助谐振腔对腔内场的绝热消除,通过形成集体发射通道来探测原子关联。我们比较了相应的表达式的前向散射光的实验结果,讨论了稳态半经典双稳态曲线的下分支和上分支之间的关键差异。我们的分析是在远离转折点的稳定状态下进行的,在那里可以自洽地获得解析表达式,表明与经典行为有明显的偏离。
2020-11-06 cond-mat.mes-hall cond-mat.stat-mech quant-ph
Controllability of optical bistability, cooling and entanglement in hybrid cavity optomechanical systems by nonlinear atom-atom interaction
研究了原子碰撞以及光场与镜场耦合对由玻色-爱因斯坦凝聚体组成的混合系统光学双稳特性的影响。结果表明,系统的双稳性可以通过s波散射频率来控制,这为实现可控光开关提供了可能。另一方面,通过研究Bogoliubov模作为相对于镜振动的第二机械模对冷却过程以及二分镜场和原子场纠缠的影响,我们找到了Bogoliubov模冷却的解释。这种混合系统的优点相比,裸光腔与双模移动镜是可控的次模的频率,通过s波散射相互作用。
2013-04-17 quant-ph
Optical bistability and cooling of a mechanical oscillator induced by radiation pressure in a hybrid optomechanical system
本文从理论上研究了超冷二能级原子系综腔的光反馈对光机械腔谐振器中平均腔内光场所表现出的非线性行为和机械振子的基态冷却效应的影响。光学双稳可以通过调节单个驱动激光器的频率和功率以及改变原子腔中的原子-腔耦合强度来控制。在良好和不良腔限制下对机械振荡器的冷却的研究表明,即使在室温下,与通用的光学机械设置相比,混合系统在冷却方面也更有效。从本质上讲,我们的工作着重于与原子腔的耦合对光机械腔中辐射压力效应的影响。
2015-03-12 physics.atom-ph physics.optics quant-ph
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。
2015-05-04 physics.atom-ph physics.optics quant-ph
Directional bistability and nonreciprocal lasing with cold atoms in a ring cavity
我们用冷原子气体作为增益介质,演示了环形腔中反向传播模的激光。激光器在没有附加场的磁光捕获的通常条件下工作。我们表征了激光器的阈值行为,并测量了二阶光学相干性。激光发射表现出定向双稳态,顺时针和逆时针模式之间随机切换,观察到的原子沿腔轴位移的可调谐的非互易性。
2018-10-22 physics.atom-ph physics.optics quant-ph
Controllable optical bistability with perfect photon absorption
提出了一种控制三能级Λ型原子-腔系统中非线性相干完全吸收的方案。通常,在不同频率的输入探测场下,可以获得正常非线性CPA和非线性CPA。利用一个相干控制场耦合原子的基态和激发态,可以在相同的频率下获得两种不同的CPA。此外,对于双稳态CPA,高稳态和低稳态的最高输出输入比近似为1,并且双稳态区是可控的。这种可控的双折射CPA在光开关和光逻辑器件中有潜在的应用价值
2021-10-31 physics.optics quant-ph
Temporal bistability in the dissipative Dicke-Bose-Hubbard system
本文研究二维Hubbard晶格中Bose-Einstein凝聚体与光腔耦合的驱动-耗散系统,揭示强排斥下Dicke跃迁不连续导致的SF与SS相扩展共存及耗散阻尼的切换动力学。
2024-02-28 cond-mat.quant-gas cond-mat.stat-mech cond-mat.str-el
Optical Bistability and Collective Behavior of Atoms trapped in a High-Q Ring Cavity
研究了高精细度环形腔中光晶格中原子的集体运动。在原子运动绝热性假设下,建立了系统动力学的简化理论模型。我们表明,在一个政权的每光子的光移倍的原子数超过腔共振的线宽,否则微小的反作用的原子上的光场成为系统的一个重要特征,引起色散光学双稳态的腔内场。一套完整的经典运动方程的解决方案证实了这些发现,但额外的非绝热现象的预测,例如自诱导径向呼吸振荡。我们比较这些结果与实验涉及激光冷却的85 Rb原子被困在一个光晶格内的环形腔的精细度为180000。对中等值的原子-腔相互作用进行的温度测量表明,强度噪声引起的加热保持在非常低的水平,这是我们进一步实验的先决条件。当我们在大的原子-腔相互作用值下工作时,我们观察到与我们的理论预测非常一致的双稳态和呼吸振荡。
2003-09-24 quant-ph
Optical bistability in one dimensional doped photonic crystals with spontaneously generated coherence
研究了中心层掺杂$Λ$型三能级原子的多层一维光子晶体中的光学双稳态。我们考虑到自发产生的相干性的影响时,较低的原子能级是足够接近彼此,在这种情况下,克尔型的非线性响应的原子被增强。用数值非线性传输矩阵方法计算了探测光在缺陷模窗口中的传输。我们发现,作用在缺陷层上的控制场的拉比频率和探测场与原子共振的失谐量可以用来控制磁滞回线的大小和对比度以及光学双稳的阈值。特别是,我们发现,在最佳的自发产生的相干性,三个数量级的阈值可以实现相对于没有相干性的情况下。
2013-09-08 cond-mat.mes-hall physics.atom-ph physics.optics
Controllable optical bistability and cooling of a mechanical oscillator in a hybrid optomechanical system
本文从理论上研究了来自超冷二能级原子系综腔的光反馈对光机腔中平均腔内光场所表现出的微扰行为的影响。结果表明,光学双稳态可以通过调节驱动激光的频率和功率来控制,并且在很大程度上受到反馈腔中原子系综的影响。从本质上讲,我们的工作强调的可能性,实现一个可控的光开关取决于混合相互作用,命令比一个单一的光机械腔的阈值功率低。此外,我们研究了在这个混合系统中的机械振荡器的光机冷却方面,平均声子数的时间演化表明在未解决的边带制度的振荡器的基态冷却。
2015-08-29 physics.atom-ph physics.optics quant-ph
Non-linear dynamics of double-cavity optical bistability of three-level ladder system
研究了在平均场极限下三能级梯形系统双光子双腔光学双稳的非线性动力学特性。该系统表现出一个驼峰状的功能在较低的分支中的响应,其中一个新的区域的不稳定的发展。该系统显示出一系列的动力学特征,从正常的稳定开关,周期性的自脉冲的周期加倍的路线,混沌。两个相互竞争的原子-光场耦合导致了如此丰富的非线性动力学行为。我们提供了一个域图,清楚地描绘了各个区域的稳定性,这将有助于实现任何所需的动态。我们还提出了分叉图和相关的支持证据,清楚地确定了周期加倍的路线,混沌,这发生在低输入光水平。
2010-09-09 nlin.CD physics.optics quant-ph
Bistability of Cavity Magnon Polaritons
本文首次在钇铁石榴石(YIG)小球中观察到磁振子-极化激元强相互作用的腔磁振子系统中的磁振子-极化激元双稳态。这种振荡行为表现为腔磁振子极化激元(CMP)的频率突变,并与大、小极化激元数态之间的跃迁有关。在我们的实验中,我们分别将YIG球的[100]和[110]晶轴平行于静态磁场排列,并发现非常不同的取向行为(例如,顺时针和逆时针磁滞回线)。对实验结果进行了很好的拟合,并解释了由于克尔非线性的正负系数。此外,当磁场被调谐远离反交叉点的CMP,我们观察到同时双稳态的磁振子和腔光子通过施加驱动场的下分支。
2018-02-06 cond-mat.mes-hall cond-mat.other quant-ph
Collective Atomic Motion in an Optical Lattice formed inside a High Finesse Cavity
我们报告的集体非线性动力学在一个高精细度环形腔内形成的光晶格在一个迄今为止尚未探索的制度,其中每个光子的光位移倍的数量被困原子超过腔共振线宽。我们观察到了原子对光学势阱的反作用所引起的双稳态和自诱导压缩振荡。在假定原子运动为绝热的简化模型中,我们可以很好地理解我们的大部分观测结果。非绝热方面的原子运动的再现通过解决完整的系统耦合的非线性运动方程的数百个原子。
2003-09-05 quant-ph
Coherent control of the refractive index using optical bistability
通过控制光场的偏振行为,可以有效地控制探测光场在三能级原子介质中的折射率和吸收。探测光场耦合原子的下跃迁,并分别依赖于控制光场的上、下跃迁态而发生正常或反常色散。我们还获得了非线性动力学不稳定性的形式,周期性的自脉冲的下分支变得不稳定,完全不像以前的示范不稳定政权的上分支。因此,探测场所经历的磁化率随控制场自脉冲所指示的时间周期性地变化。
2013-01-01 physics.optics quant-ph
Optical bistability and nonlinear dynamics by saturation of cold Yb atoms in a cavity
当冷镱原子色散耦合到高精细度光学腔中时,我们观察到了光学双稳态以及上半导体分支的振荡。在玻色-爱因斯坦凝聚的情况下,原子密度振荡或在冷铯云的情况下的光泵浦解释了以前的类似观测。这两种解释都不适用于我们的热原子只有一个基态的情况。我们提出了一个简单的两能级模型,包括饱和来描述我们的实验结果。本文介绍了实验装置,推导出上述模型,并与我们的实验数据进行了比较。良好的定量一致性支持我们的模型。
2018-08-09 physics.atom-ph physics.optics quant-ph
Nonreciprocal Bistability in Coupled Nonlinear Cavity Magnonics
Wenzhou University(温州大学);International Quantum Academy(国际量子科学院)
该研究通过引入非线性元件,实现基于凯尔磁子的高可调非互易双稳态系统,展示了在不同耦合条件下增强磁子非互易性的方法。
2025-12-19 cond-mat.mes-hall quant-ph
Controllable Normal mode splitting and Switching performance in hybrid optomechanical semiconductor microcavity containing single quantum dot
我们从理论上探讨了在由两个光耦合的半导体微腔组成的混合量子光机械系统中可能实现全光开关的光学双稳态及其性能。其中一个腔由外部光泵浦激光器驱动,而包含量子点的第二腔由从第一腔透射的光间接驱动。由于光机械非线性产生的振荡行为表现出典型的光开关行为,并且可以通过改变激光功率、量子点腔耦合、摇摆参数和光机械耦合来控制。从机械位移谱中可以看到机械光学模式之间能量交换的清晰特征。这些结果表明,本系统可用于敏感的光开关和光传感器的应用。
2019-11-28 cond-mat.mes-hall quant-ph
Bistability and Exact Reflectionless States in Nonlinear Scattering of a Bose--Einstein Condensate
研究准一维玻色-爱因斯坦凝聚体与Rosen-Morse势的散射动力学,解析推导出精确无反射简并态并分析其稳定性,发现局域非线性下系统随入射振幅从单稳态向双稳态转变,为多稳态透射现象提供了解析框架。
2025-11-05 cond-mat.quant-gas quant-ph
Vacuum Fluctuation-Induced State Switching in Degenerate Optical Parametric Oscillators
Massachusetts Institute of Technology(麻省理工学院);University of Central Florida(中佛罗里达大学);Stanford University(斯坦福大学)
研究偏置光学参量振荡器中量子真空涨落如何通过外部偏置场控制稳态间切换,推导平均切换时间解析式,为噪声辅助光子机器学习和概率量子门奠定基础。
2026-06-29 physics.optics quant-ph
Bistable optical transmission through arrays of atoms in free space
我们确定了光通过平面原子阵列的传输超出了低光强度的限制,显示光学双稳态的平均场制度。我们开发了一个理论描述的内在光学双稳性,这是纯粹的支持在自由空间中的共振偶极-偶极相互作用,显示如何双稳态光子振幅表现出强的合作和弱的单原子响应,以及它们如何依赖于底层的低光强度集体激发本征模。该理论与腔中光学双稳态的相似性被突出,而原子之间的经常性光散射则起着腔镜的作用。我们的数值计算和分析估计表明,在消光,反射率和阵列的群延迟急剧变化,与入射光完全熄灭的临界强度远远超过低光强度限制。我们的分析为集体非线性光学与合作响应密集的原子系综铺平了道路。
2021-02-19 cond-mat.quant-gas physics.atom-ph physics.optics
Emergent equilibrium in many-body optical bistability
由量子光学构件构成的多体系统现在可以在实验平台上实现,从激子极化激元流体到超冷的里德伯原子气体,在传统的多体物理学和驱动耗散的非平衡腔QED之间建立了一个迷人的界面。在这个界面上,两个领域的标准技术和直觉都受到了质疑,模糊了波动、维数和对称性对集体行为和相变性质的作用等基本问题。在这里,我们研究的驱动耗散玻色-哈伯德模型,一个最小的描述众多的原子,光学和固态系统中的粒子损失抵消相干驱动。尽管是光学双稳态的晶格版本-腔QED的基础和明显的非平衡模型-稳态具有经典伊辛模型的涌现平衡描述。我们通过确定一个极限来建立这幅图,在该极限中量子动力学渐近等价于非平衡朗之万方程,该方程支持由Hohenberg-Halperin分类的模型A描述的相变。朗之万方程的数值模拟证实了这一点,产生的结果与有限温度伊辛模型的行为一致。
2016-11-07 cond-mat.quant-gas quant-ph
A control of threshold of hard excitaion mode of optomechanical system by a low-intensity seed wave
本文研究双模光机械系统,发现低强度种子波通过改变双稳态解的稳定性,显著降低硬激发模式阈值,为全光晶体管和逻辑元件奠定基础。
2025-06-19 physics.optics quant-ph
Cold Fermi atomic gases in a pumped optical resonator
我们研究服从费米统计的完全极化超冷原子气体系统。原子跃迁与激光相干泵浦的驻波腔模色散相互作用。在这种设置中,腔内场的强度由原子介质的折射率决定,因此由原子密度分布决定。反之亦然,原子的密度分布由腔场势决定,腔场势的深度与腔内场的振幅成正比。在这项工作中,我们表明,这种非线性导致的不稳定性的腔内强度,从色散光学双稳性有很大的不同,因为这种效果已经存在于政权,其中原子偶极子是成比例的腔场。这种不稳定性是由物质波波动驱动的,并表现出对原子密度分布波动的特殊依赖性。
2008-08-12 cond-mat.other quant-ph
Effect of quantum interference on the optical properties of a three-level V-type atomic system beyond the two-photon resonance condition
研究了量子干涉效应对抽运-探测三能级V型原子系统光学性质的影响。讨论了双光子共振条件以外的探测吸收、色散、群折射率和光学双稳。研究发现,在探测场的频率范围内,介质的光学性质一般是相位无关的。相位依赖性由耦合场以通常不同于探测场频率的频率散射到探测场中引起。证明了在双光子共振条件之外,介质的相位敏感性将消失。
2012-04-27 physics.atom-ph quant-ph