Spontaneous generation of singularities in paraxial optical fields
在非相对论性量子力学中,光滑有限波函数中奇点的自发产生是一个很好理解的现象,也发生在自由粒子上。利用二维薛定谔方程与光学傍轴波动方程之间的相似性,定义了一类新的平方可积傍轴光场,它在弱聚焦薄透镜的焦点处产生空间奇异性。这些领域的特点是由一个单一的实参数,其值决定了奇异性的性质。这种新的场增强机制可能会激发各种技术和科学应用的富有成效的研究。
2016-04-11 physics.optics quant-ph
Control of beam propagation in optically written waveguides beyond the paraxial approximation
研究了光束在光写入波导结构中的近轴近似传输。波导结构,导致无衍射的光传播,被印在一个由非相干泵浦和两个相干的空间相关的控制和平面波场驱动的五能级原子蒸气组成的介质上。我们首先研究在一个单一的光写入波导中的传播,并发现傍轴近似不提供一个准确的描述的探针传播。然后,我们采用相干控制场,使两个平行和一个倾斜的高斯光束产生分支波导结构。倾斜光束允许探测光束选择性地转向到波导结构的不同分支中。通过改变倾斜高斯控制光束的宽度以及空间相关非相干泵浦场的强度,可以改善特定分支的探测光束的传输。
2013-03-06 physics.optics quant-ph
Path Integral for Non-Paraxial Optics
本文构造了非傍轴光学的费曼路径积分方法。这是通过使用非傍轴光学系统和由于存在最小可测量长度而变形的广义薛定谔方程之间的数学类比来完成的。使用这个类比,我们研究了在这个光学系统中的最小长度的后果。这种路径积分已被用来获得这种光学系统的瞬子解。此外,还对该光学系统的Berry相位进行了研究。这些结果为路径积分方法在光学中的应用提供了新的途径。此外,由于在量子引力中研究了具有内禀最小长度的系统,因此超聚焦光脉冲可以作为量子引力的光学模拟。
2018-11-07 hep-th physics.optics quant-ph
A Quantum Field Theory Twist to Photon Angular Momentum
提出了一种量子场论方法,将经典空间光束携带轨道角动量的概念推广到单光子水平。这个量子化框架是在傍轴和非傍轴制度。在扩展到光学相空间,封闭形式的表达式被发现的光子维格纳表示描述变换的轨道庞加莱球的酉相关的家庭的傍轴空间模式。
2005-09-06 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 symmetry and nonlinear paraxial atom optics
本文利用非线性波方程的隐对称性,分析了傍轴均匀原子激光束在沿传播轴光滑变化的二次势和柱势中的传输。推广了品质因数和近轴ABCD形式,精确地解释了这种光束中的平均场相互作用效应。使用基于矩的方法,这些理论工具提供了一个非常简单,但相互作用的光束轮廓演变的准确图片。讨论了制导原子激光实验。这种治疗同时解决光学和原子束在一个统一的方式,利用非线性光学和非线性傍轴原子光学之间的正式类比。
2009-12-09 cond-mat.other cond-mat.quant-gas physics.atom-ph
Exact quantum-mechanical equations for particle beams
导出了均匀磁场中自由粒子束(包括光子)和狄拉克粒子束(包括自旋1粒子)的精确量子力学方程。这些方程给出了光学和粒子物理中著名的傍轴方程(光束的精确亥姆霍兹方程)和以前得到的均匀磁场中狄拉克粒子的傍轴方程的精确推广。确定了粒子束精确波本征函数的一些基本性质。
2022-06-29 quant-ph
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
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
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
Continuous-variable qubit on an optical transverse mode
连续可变(CV)量子比特可以在光学纵模上创建,其中量子信息通过具有正交振幅的偶数和奇数薛定谔猫态的叠加来编码。基于傍轴光学和量子力学的相似特性,我们提出了一个在光学横模上产生和检测CV量子比特的系统。作为原理验证实验,我们生成了六个CV量子比特态,并观察了它们在位置和动量空间中的概率分布。这使我们能够为CV量子计算准备一个非高斯的初始状态。CV量子比特的其他潜在应用包括光束轮廓的绝热控制、横模上的相移键控以及使用CV量子比特状态的量子密码术。
2013-10-07 quant-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
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
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
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
Observation of Jones-Roberts solitons in a paraxial quantum fluid of light
本文在光超流体中实验观测到Jones-Roberts孤子的形成与涡旋-稀疏脉冲转换,并通过射线光学类比和速度关联分析验证了其动力学机制。
2025-01-16 cond-mat.quant-gas 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
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
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
Turbulent dynamics in two-dimensional paraxial fluid of light
本文提出用二维傍轴光流体研究量子湍流,通过双反向流光精确制备初态并原位测量速度,揭示了动量空间各向同性、能量谱标度律及量子涡旋结构对代数指数的微观影响。
2023-11-30 cond-mat.quant-gas quant-ph
Generation of entangled 3D localized quantum wave-packets via optical parametric amplification
在近轴和慢变包络近似的框架内,参照正常色散介质或真空,电磁场被给出为非色散和非衍射波包(即X波)的连续量子叠加。在光参量放大中,纠缠态是以(近似)相同速度传播的基元激发对。
2004-03-25 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
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
The analogy between optical beam shifts and quantum weak measurements
我们描述了光束位移的概念(包括空间和角度的Goos-Hänchen位移和Imbert-Federov位移)是如何被理解为通过光束的横向振幅分布对傍轴光束的偏振态进行量子测量的经典模拟的。在这个方案下,复量子弱值被解释为空间和角度的位移偏振标量分量的反射光束。这种连接导致我们预测一个额外的空间位移的光束与径向变化的相位依赖性。
2012-04-02 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
Topological Hall effect in nonlinear optics
本研究通过空间结构泵浦光的赝自旋织构对称性破缺,实验观测到全光三阶非线性过程中的拓扑霍尔效应,且相位恢复得到的拓扑荷与傍轴近似建模的Berry曲率估计相符。
2025-10-02 physics.optics quant-ph
Entanglement and Complete Positivity: Relevance and Manifestations in Classical Scalar Wave Optics
随着量子信息科学的发展,态的纠缠度和映射的完全正性在物理学上具有重要意义。然而,当涉及复线性(希尔伯特)空间的张量积时,它们在数学上是相关的。我们提出这样的情况下,在经典的标量傍轴波动光学,这些概念发挥作用:相干和部分相干高斯光束的传播特性;和扭曲高斯谢尔模型(TGSM)光束的家庭的定义和可分性。在前者中,所投射的一维光束的宽度的演化被示出为在二维振幅中的纠缠的签名。在后者中,部分转置操作被视为解释TGSM光束的关键属性。
2017-10-03 physics.optics quant-ph