Bose-Einstein condensation of photons with nonlocal nonlinearity in a dye-doped graded-index microcavity
我们考虑由梯度折射率（GRIN）玻璃制成的微腔，掺杂染料分子，放置在两个平面镜中，并研究光子的玻色-爱因斯坦凝聚（BEC）。镜子的存在导致了有效的光子质量，折射率梯度提供了有效的捕获频率;光子气体在形式上等价于被捕获在各向同性谐波势中的二维玻色气体。包含非线性效应提供了光子之间的有效相互作用。我们讨论，特别是，热透镜效应和非局域非线性，并定量比较我们的结果与实验数据。
2014-06-24 cond-mat.quant-gas nlin.PS physics.optics
Thermo-optical interactions in a dye-microcavity photon Bose-Einstein condensate
超流性和玻色-爱因斯坦凝聚通常被认为是两个密切相关的现象。事实上，在大多数宏观量子系统中，如液氦、超冷原子玻色气体和激子-极化激元，凝聚和超流性是并行发生的。在染料微腔系统中实现的光子玻色-爱因斯坦凝聚体中，热化不是通过如上述系统中凝聚体粒子的直接相互作用（即光子-光子相互作用）发生的，而是通过染料分子上的吸收和再发射过程发生的，染料分子充当储热器。目前，没有实验证据表明在染料微腔系统中的超流性，但有效的光子相互作用已被观察到从染料介质中的热光效应。在这项工作中，我们从理论上研究了有效的热光光子相互作用，时间延迟和空间非局部效应，对光子凝聚体的影响，并推导出由此产生的Bogoliubov激发光谱。计算表明，在低动量的线性光子色散，满足朗道的超流性标准。我们设想，热光光子相互作用的时间延迟和长程性质提供了新的量子流体现象的前景。
2017-10-04 cond-mat.quant-gas physics.comp-ph quant-ph
Interactions in dye-microcavity photon condensates and the prospects for their observation
从麦克斯韦方程组出发，导出了染料微腔系统中光子的玻色-爱因斯坦凝聚体的运动方程。我们的理论考虑了反射镜的形状，克尔型强度依赖的折射率和非相干泵浦和损耗。由此产生的方程是非常相似的Gross-Pitaevskii方程的激子极化激元凝聚，尽管不同的微观起源。我们计算了光子凝聚体的非相干光致发光谱，表明在热平衡时，在平均场附近存在Bogoliubov型激发。开放和封闭系统模型，分别考虑耗散和不均匀性。考虑到现实的参数和实验分辨率，我们估计，通过观察非相干光致发光的角度分辨光谱，有可能解决无量纲的相互作用参数的顺序$10^{-5}$，两个数量级低于目前的估计。因此，我们期望这种技术将导致在光子凝聚体的相互作用的准确测量。
2013-12-20 cond-mat.quant-gas quant-ph
Bose-Einstein condensation of photons in an optical microcavity
玻色-爱因斯坦凝聚是具有整数自旋的粒子（玻色子）在低温和高密度下的宏观基态聚集，它已在包括冷原子气体和固态物理准粒子在内的多种物理系统中被观测到。然而，最无所不在的玻色气体，黑体辐射（辐射在热平衡与腔壁）不显示这种相变，因为光子的化学势消失，当温度降低，光子消失在腔壁。理论工作已经考虑了光子数守恒热化过程，这是玻色-爱因斯坦凝聚的先决条件，使用热电子气体的康普顿散射，或使用非线性谐振器配置中的光子-光子散射。在最近的实验中，我们观察到了二维光子气体在填充染料的光学微腔中的数量守恒热化，充当光子的“白墙”盒子。在这里，我们报告的观察玻色-爱因斯坦凝聚的光子在染料填充的光学微腔。腔镜提供了一个限制势和一个非零的有效光子质量，使系统在形式上等价于一个被囚禁的大质量玻色子的二维气体。通过多次散射离开染料分子，光子热化到染料溶液的温度（室温）。在增加的光子密度，我们观察到以下签名的BEC的光子：玻色-爱因斯坦分布的光子能量与大量填充的基态模式上的一个广泛的热翼，相变发生在预期的值，并表现出预测的腔的几何形状的依赖性，和基态模式出现，即使在空间上位移的泵点。
2010-11-11 cond-mat.quant-gas
Thermalization of a two-dimensional photon gas in a polymeric host matrix
研究了填充染料的光学微腔中二维光子气体的热力学性质。光子气体的热平衡状态是通过辐射耦合到热浴来实现的，该热浴是在室温下用嵌入聚合物中的染料分子来实现的。气体的化学势可以自由调节。由两个曲面镜组成的光学微腔诱导了非零的有效光子质量和光子的谐波捕获势。虽然我们小组以前的实验使用液体染料溶液，但这里描述的测量是基于掺入聚合物基质中的染料分子。我们描述了染料掺杂聚合物的荧光性质的研究，并讨论了Kennard-Stepanov理论在该系统中的适用性。我们在固态微谐振器系统中观察到了一种热化的二维光子气体。在未来，基于染料的固态系统有望实现基于光子的玻色-爱因斯坦凝聚的热平衡中的单模光源，以及用于太阳能集中器。
2012-08-02 cond-mat.quant-gas
Theory of Bose-Einstein Condensation of Light in a Microcavity
提出了染料微腔中光的玻色-爱因斯坦凝聚（BEC）理论。考虑了所有腔模中光子的偏振简并以及染料分子与光子的相互作用。该理论超越了巨正则近似，并允许一个确定的统计性质的光子气体的所有数量的染料分子和光子在所有温度下，从而描述微观，介观和宏观光BEC从一般的角度来看。得到了光子凝聚和偏振光子凝聚的二阶相干度之间的普遍关系。光子玻色-爱因斯坦凝聚体可以作为一种新的非经典光源。
2013-08-19 cond-mat.quant-gas cond-mat.stat-mech physics.optics
Bose-Einstein Condensation of Photons versus Lasing and Hanbury Brown-Twiss Measurements with a Condensate of Light
玻色-爱因斯坦凝聚体的受控实验可达性的出现，如用例如冷原子气体、激子-极化激元和最近在染料填充的光学微腔中的光子实现的，为量子物理学中过多的基本概念的新研究和测试铺平了道路。我们在这里描述了最近的实验研究之间的过渡激光动力学和玻色-爱因斯坦凝聚的染料微腔系统中的光子。此外，测量的二阶相干的光子凝聚。在凝聚态中，我们观察到光子数波动的总粒子数的顺序，从有效的粒子交换与光激发染料分子的理解。观测到的强度涨落性质为玻色-爱因斯坦凝聚在巨正则统计系综体系中的发生提供了证据。
2016-06-29 cond-mat.quant-gas
Experimental Evidence for Inhomogeneous-Pumping and Energy-Dependent Effects in Photon Bose-Einstein Condensation
光在室温下在光泵，染料填充的微腔中热化类似于在耗散存在下的非相互作用的玻色-爱因斯坦凝聚的模型系统。我们已经通过实验研究了这种不寻常的光状态的一些稳态特性，并发现了与现有理论描述不匹配的特征。我们已经看到，凝聚的临界泵浦功率取决于泵浦光束的几何形状，较小的泵浦光束较低。远低于阈值，腔内光子数和热化光子云大小都取决于泵浦光束大小，当泵浦光束匹配热化云大小时，具有最佳耦合。我们还注意到，冷凝的临界泵浦功率取决于腔截止波长和纵模数，这表明依赖于能量的热化和损耗机制是重要的。
2014-10-24 cond-mat.quant-gas physics.optics
Dynamics and correlations of a Bose-Einstein condensate of photons
本文报道了在高精细度染料填充微腔中玻色-爱因斯坦凝聚光子气体的动力学以及数量和相位相关性研究的最新实验进展。这里，光子在染料分子上的重复吸收-发射-过程建立了光子量子气体与热浴和由染料分子组成的颗粒储存器的热耦合。这样，在巨正则统计系综条件下的玻色-爱因斯坦凝聚第一次在实验上变得可行。
2018-07-23 cond-mat.quant-gas
Variable Potentials for Thermalized Light and Coupled Condensates
十多年来，晶格势中的冷原子一直是一个有吸引力的平台来模拟固态理论中已知的现象，如莫特-绝缘体转变。相比之下，光子学领域通常涉及非平衡物理学。固态平衡效应的光子模拟器的最新进展包括极化激元双位和晶格实验，以及在染料填充的微腔中的光子凝聚体的演示。在这里，我们展示了一种技术，以创建可变的微势的光使用热光压印在超高反射率的镜子微腔填充与光子气体热化兼容的染料聚合物溶液。通过重复的吸收-发射循环，光子热化到染料溶液的温度，并且在单个微位点中，我们观察到光子玻色-爱因斯坦微凝聚。有效的相互作用，否则几乎不相互作用的光子之间观察到由于热光效应，并在一个双阱系统隧道之间的耦合的网站被证明，以及本征态的杂交。新实验平台的前景包括光子结构，其中光子热化为纠缠多体态。
2017-07-21 cond-mat.quant-gas
Bose-Einstein condensation of paraxial light
由于光子-光子相互作用几乎为零，光子构成理想玻色气体，但由于化学势为零，（自由）光子气体不表现出玻色-爱因斯坦凝聚。然而，对于低维光子气体来说，这并不一定是真的。利用光学微腔中的荧光诱导热化过程，可以得到化学势可自由调节的热光子气体。在实验上，我们观察到光子气体在室温下的热化和随后的玻色-爱因斯坦凝聚。在本文中，我们给出了详细的描述，这是基于一个染料填充的光学微腔，作为一个白墙盒的光子。通过光子散射离开染料分子以光子数守恒的方式实现热化，并且腔镜都提供有效光子质量和限制势-光子的玻色-爱因斯坦凝聚的关键先决条件。实验结果与描述热化光子气体性质的统计模型和简单速率方程模型都符合得很好。
2011-09-19 cond-mat.quant-gas
Spontaneous symmetry breaking and phase coherence of a photon Bose-Einstein condensate coupled to a reservoir
我们研究了染料微腔中光子的玻色-爱因斯坦凝聚体的相位演化。光激发的染料分子构成了一个可变大小的凝聚粒子的水库，允许与光子聚束的巨正则统计，如在灯型源。我们直接观察到与大的统计数波动相关联的冷凝物的相位跳跃，并发现相关时标的分离。对于大型系统，我们的数据揭示了相位相干性和自发破缺的对称性，尽管统计波动。
2015-12-22 cond-mat.quant-gas
Photon-photon correlation of condensed light in a microcavity
针对光子玻色-爱因斯坦凝聚体时间相干性研究的难点，本研究利用微观多模模型与量子回归定理推导关联函数运动方程解析表达式，得到光子模式相干时间并发现其与微腔截止频率的非单调依赖关系。
2023-10-25 cond-mat.quant-gas physics.optics quant-ph
Realizing arbitrary trapping potentials for light via direct laser writing of mirror surface profiles
量子气体实验的多功能性极大地受益于应用可变势的能力。在这里，我们描述了一种方法，它允许通过空间选择性变形的光学谐振腔的几何形状与热诱导镜面微结构化技术的潜在结构的微腔光子的准备。我们研究了在波长尺度分离的自定义表面结构镜组成的染料填充微腔中二维光子气体的热化。具体来说，我们描述了测量的热光子在耦合的双脊结构，其中光子形成一个玻色-爱因斯坦凝聚体在空间分裂的基态，作为不同的泵浦几何形状的函数的空间再分布。
2020-07-01 cond-mat.quant-gas
Decondensation in non-equilibrium photonic condensates: when less is more
研究了泵浦染料填充微腔中光子系统的稳态。通过改变泵浦和热化，系统可以在玻色-爱因斯坦凝聚、多模凝聚和激光之间调谐。我们提出了一个丰富的非平衡相图，表现出这些阶段之间的过渡，包括deconconsation的条件下，通常有利于冷凝的个别模式。
2017-08-17 cond-mat.quant-gas
Bose-Einstein condensation of light: General theory
本文提出了光在染料填充光学微腔中的玻色-爱因斯坦凝聚理论。该理论是基于分级最大熵原理，并允许一个调查的波动行为的光子气体在微腔中的所有数量的光子，染料分子，和激发在所有温度下，包括整个临界区域。推导了描述微腔中光子与染料分子相互作用的主方程，证明了层次最大熵原理与主方程方法的等价性。被认为是一个固定的平均总光子数和一个固定的总激发数的情况下，和一个更尖锐的，非抛物线的宏观玻色-爱因斯坦凝聚的光在后一种情况下的发病证明。该理论不使用巨正则近似，考虑了光子的偏振简并，精确地描述了光的微观、介观和宏观玻色-爱因斯坦凝聚。在一定条件下，它预言了光子凝聚和偏振光子凝聚的亚泊松统计，并且这些凝聚的二阶相干度之间存在普适关系.在宏观情况下，二阶相干度出现一个急剧的跳跃，偏振凝聚体和整体凝聚体中光子数的涨落的约化标准差出现一个急剧的跳跃和扭结，整体凝聚体的Mandel参数在临界区出现一个尖锐的峰值，即尖点。预测了光子玻色-爱因斯坦凝聚体在微腔中产生非经典光的可能性。
2013-08-19 cond-mat.quant-gas cond-mat.stat-mech physics.optics
Effects of dissipation on the superfluid-Mott-insulator transition of photons
研究了在周期势作用下，二维光子气体在染料填充光学微腔中的超流-莫特-绝缘体相变。我们表明，在随机相位近似的染料分子，这通常会导致在光子系统中的耗散的影响，可以被捕获的两个无量纲参数，只依赖于染料的特定属性。在平均场近似下，我们证明了这些参数之一减小了相图中莫特波瓣的大小。通过考虑高斯波动，我们表明，与染料分子的耦合结果在一个有限的寿命的准粒子和准空穴激发莫特瓣。此外，我们表明，即使在零温度下，莫特波瓣的数量波动，因此，真正的莫特绝缘状态永远不存在，如果包括与染料的相互作用。
2014-12-18 cond-mat.other cond-mat.quant-gas
Nonequilibrium Model of Photon Condensation
建立了一个充满染料的微腔中光子凝聚和激射的非平衡模型。我们详细研究了染料分子吸收和发射光子引起的热化过程的性质，并研究了光子何时能够达到热平衡玻色-爱因斯坦分布。在低温或大的腔损耗下，吸收和发射速率太小而不允许光子达到热平衡，并且行为变得更像常规激光器的行为。
2013-09-04 cond-mat.quant-gas quant-ph
Phase diffusion in a Bose-Einstein condensate of light
研究了填充染料的光学微腔中光的玻色-爱因斯坦凝聚体中的相位扩散，冷凝相的概率分布的扩展。为了观察这种现象，我们提出了一个凝聚光子和外部激光之间的干涉实验。我们确定的平均干涉图案，考虑量子和热波动以及由于染料的耗散效应。此外，我们表明，一个有代表性的个人测量的结果可以从一个随机方程的全球阶段的凝聚。
2014-06-05 cond-mat.other cond-mat.quant-gas
Polarization dynamics in a photon BEC
先前已经表明，染料填充的微腔可以产生光子的玻色-爱因斯坦凝聚体。通过染料分子的重复吸收和再发射，光子的热化是可能的。本文从理论上探讨了该系统中光的偏振行为。我们发现，在不同的空间模式的光之间的近完全热化，热化的偏振态预计一般是不完整的。我们发现，从低于阈值以上的极化程度的变化显着，并解释了所有相关的材料参数的极化的依赖性。
2017-10-17 cond-mat.mes-hall cond-mat.quant-gas
From Lasers to Photon Bose--Einstein Condensates: A Unified Description via an Open-Dissipative Bose--Einstein Distribution
University Kaiserslautern-Landau（凯泽斯劳滕-兰道大学）
本文研究了光子玻色-爱因斯坦凝聚体的开放性质对凝聚过程的影响，通过微正则方程推导了开放耗散的玻色-爱因斯坦分布，并探讨了其与原子凝聚体和激光的主要差异。
2025-11-05 cond-mat.quant-gas
Thermalisation of a two-dimensional photonic gas in a 'white-wall' photon box
玻色-爱因斯坦凝聚，即低于临界温度的高能基态玻色子的宏观聚集，已在多个物理系统中得到证实。然而，玻色子气体最著名的例子，黑体辐射，在低温下没有表现出玻色-爱因斯坦凝聚。当温度降低时，光子在腔壁中消失，而不是集体占据最低能量模式-对应于消失的化学势。在这里，我们报告的热化的二维光子气体的化学势可自由调节的证据。我们的实验是基于填充染料的光学微谐振器，作为一个“白墙”的光子盒。通过光子散射离开染料分子以光子数守恒的方式实现热化，并且腔镜都提供有效光子质量和限制势-光子的玻色-爱因斯坦凝聚的关键先决条件。作为一个显着的例子，不寻常的系统属性，我们展示了一个尚未观察到的光集中效应到中心的限制潜力，效果与前景增加漫射太阳光收集的效率。
2010-04-17 cond-mat.quant-gas quant-ph
Bose-Einstein condensation of photons and grand-canonical condensate fluctuations
本文综述了最近在染料填充光学微谐振腔中光子的玻色-爱因斯坦凝聚实验。光子气体最著名的例子，黑体辐射中的光子，并没有表现出玻色-爱因斯坦凝聚。光子在冷却时消失在腔壁中，而不是大量填充腔基模。在超短光学腔中，情况是不同的，该超短光学腔在远高于热能的光子能谱上压印低频截止。后者允许热化过程，其中温度和光子数可以彼此独立地调谐，或者相应地，对于非零光子化学势。我们在这里描述的实验表明，荧光诱导热化和玻色-爱因斯坦凝聚的染料微腔中的二维光子气体。此外，最近的测量的光子统计的凝聚，显示玻色-爱因斯坦凝聚在巨正则系综极限，将进行审查。
2016-11-30 cond-mat.quant-gas
First-order spatial coherence measurements in a thermalized two-dimensional photonic quantum gas
物质不同状态之间的相变可以深刻地改变物理系统中的秩序，铁磁或拓扑秩序的出现构成了重要的例子。相关性允许量化有序度并对不同阶段进行分类。在这里，我们报告的测量一阶空间相关性的谐波捕获的二维光子气体低于，在和以上的临界粒子数玻色-爱因斯坦凝聚，使用染料填充的光学微腔的发射的干涉测量。对于未凝聚气体，横向相干性在由光子的热德布罗意波长确定的长度尺度上衰减，这显示了预期的随温度的缩放。在玻色-爱因斯坦凝聚的开始，真正的长程序出现，我们观察到量子统计效应的热波包重叠。与平衡玻色气体理论的良好协议提示微腔光子作为有前途的候选人的临界标度和普适性的研究在光量子气体。
2017-07-14 cond-mat.quant-gas
Thermalization kinetics of light: From laser dynamics to equilibrium condensation of photons
本文报道了用In- \textit{situ}监测染料微腔中的光子动力学，对热化动力学和激光到光子玻色-爱因斯坦凝聚渡越的时间分辨研究。当光通过吸收和再发射达到染料温度的平衡比腔中的光子损失更快时，光谱变为玻色-爱因斯坦分布，并且光子在低能态积累，形成玻色-爱因斯坦凝聚体。实时监测光子气体的热化及其从非平衡初始分布到凝聚的演化。相比之下，如果光子在热化之前离开腔体，则系统作为激光器工作。
2015-05-22 cond-mat.quant-gas physics.optics
Bose-Einstein Condensation of Photons in a Four-Site Quantum Ring
该研究在染料填充微腔构建的四格点环势系统中观测到光子的玻色-爱因斯坦凝聚，验证了光子宏观占据系统基态及格点间的相位相干性，为光量子态的热力学研究提供了实验依据。
2024-09-06 cond-mat.quant-gas
Bose-Einstein Condensation of Light in a Semiconductor Quantum Well Microcavity
该研究证实无机半导体量子阱微腔中的光子可热化并发生玻色-爱因斯坦凝聚，明确区分其与激光作用，揭示该体系可连续维持、光子散射强等优势，为量子统计光子凝聚的物理研究与应用提供支撑。
2023-06-27 cond-mat.quant-gas physics.optics
Quest for Vortices in Photon Condensates
我们预测，一个充满染料的微腔内的光子凝聚体形成长寿命的空间结构，类似于漩涡时，非相干激发的聚焦泵绕腔轴旋转。精细结构的密度的凝聚体具有离散的旋转对称性，这是由泵点的轨道频率控制，并在其整个空间范围内的相位相干，尽管没有任何有效的光子-光子相互作用。
2021-09-11 cond-mat.quant-gas physics.optics quant-ph
Thermalization and breakdown of thermalization in photon condensates
我们详细研究了染料填充微腔中光子气体的热化和玻色-爱因斯坦凝聚的机制。我们推导出一个微观量子模型的基础上，一个标准的激光器，并显示这个模型可以重现最近的实验的行为。使用该模型的速率方程近似，我们展示了如何产生的光子的热分布。我们继续描述如何在我们的模型中的非平衡效应可以导致热化打破远离实验参数值。特别是，我们研究的影响，改变腔的长度，并改变染料分子的振动光谱。我们能够确定两个措施，量化系统是否处于热平衡。使用这些，我们绘制“相图”区分BEC和标准激光制度。超越速率方程近似，我们的量子模型使我们能够研究二阶相干性（$g^{(2)}$）和腔发射的线宽。我们展示了如何线宽崩溃的系统过渡到玻色凝聚态，并比较结果的Schawlow-汤斯线宽。
2015-02-06 cond-mat.quant-gas quant-ph
Emergent thermal behavior, synchronization, and non-Hermitian phase transitions in driven-dissipative photon condensates
Universität Bonn（波恩大学）；University of St. Andrews（圣安德鲁斯大学）
研究开放光子玻色-爱因斯坦凝聚体的非平衡动力学，发现其在稳态平台中表现出准热波动，并揭示非厄米特相变与弛豫动力学的关系。
2026-11-06 cond-mat.quant-gas cond-mat.stat-mech quant-ph
Fluctuations of a Photon Bose-Einstein Condensate Coupled to a Reservoir: Describing Coherence Properties in a Free-Energy Model
Institut für Angewandte Physik, Universität Bonn（波恩大学应用物理研究所）；Kirchhoff-Institut für Physik, Universität Heidelberg（海德堡大学基尔霍夫物理研究所）
本研究建立耦合到物质电子激发库的光子自由能模型，分析正则与巨正则系综下光子玻色-爱因斯坦凝聚体的涨落，还提出盒形势中光子气体模型，预测了长程相干的瞬态微凝聚体类岛状涨落模式。
2026-09-07 cond-mat.quant-gas
