Fast Light in Fully Coherent Gain Media
B. D. Clader, Q-Han Park, J. H. Eberly
我们分析了快光脉冲通过有限长共振增益介质的传输的解析和数值。我们发现，内在的不稳定性可以避免在实现一个巨大的峰值提前与超短，而不是长或绝热探针。
We analyze the propagation of fast-light pulses through a finite-length resonant gain medium both analytically and numerically. We find that intrinsic instabilities can be avoided in attaining a substantial peak advance with an ultra-short rather than a long or adiabatic probe.
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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Coherent quantum effects through dispersive bosonic media
研究了玻色场模介导的两原子量子比特的相干演化。通过假设一个特定的编码的量子态在两个原子的内部水平，我们表明，纠缠量子门可以实现，具有高保真度，即使当大量的调解模式参与。还详细考虑了损失和缺陷对闸门运行的影响。
Radiation trapping in coherent media
我们表明，塞曼相干的有效衰减率，产生在Rb 87蒸汽线偏振激光，原子密度显着增加。我们将这种现象解释为辐射俘获的结果。我们的研究表明，辐射捕获必须考虑到充分理解许多电磁感应透明实验与光学厚介质。
Adiabatic pulse propagation in coherent atomic media with the tripod level configuration
研究了振幅随时间变化的三分量共振光脉冲在三脚架能级原子介质中的传输问题。通过分析和数值计算，我们找到了保形脉冲的两种传播模式。脉冲的传播速度被发现是要么等于光速或显着减慢，这取决于一个特定的传播模式。
Theoretical Study of Fast Light with Short sech Pulses in Coherent Gain Media
我们从理论上研究了所谓的快光在非常规制度的现象，使用脉冲足够短，在增益介质中的弛豫效应可以完全忽略不计。我们表明，以前公认的增益不稳定性，包括超荧光，可以容忍在实现一个完整的峰宽脉冲峰值提前。
Coherent generation of EPR-entangled light pulses mediated by a single trapped atom
我们表明，一个单一的，被困，激光驱动的原子在一个高精细光学腔允许量子相干产生的纠缠光脉冲的需求。提出了用于产生同时和时间上分离的脉冲对的方案。激光激发对冷原子量子运动的力学效应分别介导了两个腔模之间和两个后续脉冲之间的纠缠相互作用。纠缠是EPR型的，其程度可以通过外部参数来控制。在产生过程的最后，原子与光场解相关。可能的实验实施的建议进行了讨论。
Temporal Oscillations of Nonlinear Faraday Rotation in Coherently Driven Media
预言了受驱动四能级系统中非线性法拉第旋转的时间振荡新现象。我们表明，在这个系统中的一个上层，由一个强耦合场产生的电磁感应透明的条件下，弱探测光的偏振旋转表现出缓慢阻尼振荡的频率成正比的强度的外加磁场。这为灵敏的磁力测量开辟了另一种方法。在弱光非线性光学如光子纠缠中的应用是可行的。
Amplifier is at the heart of almost all experiment carrying out the precise measurement of a weak signal. An idea amplifier should have large gain and minimum added noise simultaneously. Here, we consider the quantum measurement properties of a hybrid nonlinear cavity with the Kerr and OPA nonlinear media to amplify an input signal. We show that our hybrid-nonlinear-cavity amplifier has large gain in the single-value stable regime and achieves quantum limit unconditionally.
Fidelity criterion for quantum-domain transmission and storage of coherent states beyond unit-gain constraint
通过考虑相干态振幅的衰减/放大，将连续变量量子系统中量子隐形传态/存储的实验成功判据推广到非单位增益条件下.新准则可用于非理想量子存储、长距离量子通信以及具有放大过程的量子器件。计算结果还表明，该框架能够检测量子域中的所有高斯信道。
Coherent control of ac Stark allowed transition in $Λ$ system
我们发现，量子干涉相关的现象，如电磁感应透明，无反转增益和增强的折射率可能会发生在电偶极禁戒跃迁。这种转变的增益/色散特性强烈依赖于驱动场和探测场之间的相对相位。与允许跃迁不同，禁戒跃迁的增益/吸收行为在Rabi边带上表现出反对称特征。吸收/增益谱具有极窄的亚自然共振。
A measurement is deemed successful, if one can maximize the information gain by the measurement apparatus. Here, we ask if quantum coherence of the system imposes a limitation on the information gain during quantum measurement. First, we argue that the information gain in a quantum measurement is nothing but the coherent information or the distinct quantum information that one can send from the system to apparatus. We prove that the maximum information gain from a pure state, using a mixed apparatus is upper bounded by the initial coherence of the system. Further, we illustrate the measurement…
Creation of Coherent Superposition States in Inhomogeneously Broadened Media with Relaxation
提出并分析了一种利用频率啁啾激光脉冲在三脚架结构原子中“按需”产生亚稳态相干叠加的方案。在叠加态的产生过程中，原子的激发可以忽略不计，这是我们优先考虑的问题。该计划的基本物理解释使用绝热状态的形式主义。通过数值求解密度矩阵算符的主方程，分析了自发衰变和横向弛豫对叠加态产生效率的影响。我们表明，该计划是强大的对小到中等的激光脉冲的参数变化。我们提供了一个详细的分析的不均匀（多普勒）加宽的相干创建的效率上的效果，并表明，所提出的方案可能是同样有效的均匀和多普勒加宽的介质。
Realization of Coherent Optically Dense Media via Buffer-Gas Cooling
我们证明，缓冲气体冷却与激光烧蚀相结合，可以用来创建相干光学介质，具有高的光学深度和低多普勒展宽，提供亚稳态与低碰撞和运动退相干。这种通用技术的演示为具有大量不同原子和分子的相干光学开辟了道路。我们使用氦缓冲气体来冷却87Rb原子到低于7 K，并减缓原子向壁的扩散。这种介质中的电磁感应透明（EIT）允许在初始OD >70的介质中传输50%，并允许具有大延迟带宽积的慢脉冲传播。在高OD制度，我们观察到高对比度的光谱振荡，由于有效的四波混频。
Coherent Diffusion of Polaritons in Atomic Media
相干扩散是指原子偶极在蒸汽中经历频繁碰撞而保持其相干性的运动。最近的理论和实验研究的相干扩散对关键的拉曼过程，即拉曼光谱，慢极化激元传播，和存储的光的影响，在这次学术讨论会上进行了审查。
Critical coupling and coherent perfect absorption for ranges of energies due to a complex gain and loss symmetric system
我们考虑一个非厄米介质的增益和损失对称，指数阻尼势分布，以展示不同的散射特性解析。解析地得到了该系统单向波临界耦合（CC）和双向波相干完全吸收（CPA）的条件。总吸收发生的能量点被证明是时间反演系统的光谱奇异点。对于左入射和右入射，CC发生的可能能量是不同的。我们进一步得到了周期性的时间间隔增加的能量周期CC和CPA发生在这个系统中。
Resonant nonlinear optics in coherently prepared media: full analytic solutions
推导了基于共振原子蒸气电磁感应透明（EIT）或最大相干性的脉冲频率变换的解析解。特别是考虑到驱动场和相干损耗。的解决方案得到的帮助下的哈密顿方法，在绝热极限允许减少完整的麦克斯韦-布洛赫方程组简单的正则方程的哈密顿力学的字段变量。可以得到绝热运动积分，并导出场强时空演化的一般表达式。确定了最大转换效率的最佳条件，并讨论了驱动场和相干耗尽极限下非线性转换的物理机制。
Quantum fluctations of coherent light in nonlinear media
本文用一般的量子非谐振子来模拟相干光与非线性介质的相互作用。该模型在封闭的解析形式中并不是精确可解的。但是为了研究相干光在非线性介质中的量子涨落，我们需要这些模型所对应的运动方程的算符解。在本工作中，我们得到近似的算子解。从这些解决方案中，我们观察到，有一个明显的差异，通过不同的技术得到的解决方案。我们比较不同的解决方案，并得出结论，所有正确的解决方案是等价的，明显的差异是由于使用不同的顺序的运营商。我们使用这些解决方案，以探讨在非线性介质中观察不同的光学现象的可能性。准确地说，我们研究了三阶反演对称非线性介质中相干光的量子相位涨落。研究了同一系统在相空间积分中的涨落，并报道了产生压缩态的可能性。研究了光子数的涨落，预言了反聚束的非经典现象。本文推广了三阶非线性介质的结果，研究了强激光与一般（m-1）阶非线性介质的相互作用。在m-1阶非线性介质中讨论了AharanovAnandan非绝热几何相位。
Two-Pulse Propagation in a Partially Phase-Coherent Medium
我们分析了部分相干的基态准备的两个脉冲在三能级$Λ$介质中的传播的影响，与以前的treastments，已考虑的情况下，其基态的特点是由概率（水平布居）或概率幅度（相干纯态）。我们提出的麦克斯韦-布洛赫方程的解析解，我们扩展我们的分析与数值解相同的方程。我们解释了这些解决方案中的亮/暗修饰状态的基础上，并表明，他们描述了明亮和黑暗的状态之间的人口转移。对于具有部分基态相位相干性的混合态$Λ$介质，暗态永远不会被完全填充。这对相位相干效应，如脉冲匹配，相干布居俘获和电磁诱导透明（EIT）有影响。我们发现，对于部分相位相干的三能级介质，自诱导透明（SIT）占主导地位的EIT和我们的结果提出了相应的三能级面积定理。
Quantum simulators employing cold atoms are among the most promising approaches to tackle quantum many-body problems. Nanophotonic structures are widely employed to engineer the bandstructure of light and are thus investigated as a means to tune the interactions between atoms placed in their vicinity. A key shortcoming of this approach is that excitations can decay into free photons, limiting the coherence of such quantum simulators. Here, we overcome this challenge by proposing to use a simple cubic three-dimensional array of atoms to produce an omnidirectional bandgap for light and show that…
Continuous variable entanglement with orbital angular momentum multiplexing in coherently prepared media
针对涡旋光纠缠研究多聚焦离散变量系统的问题，本文提出相干制备介质中基于拉曼散射的连续变量涡旋光纠缠理论框架，通过数值模拟确定最优条件，为多量子领域应用提供参考。
Ultra-Slow Light and Enhanced Nonlinear Optical Effects in a Coherently Driven Hot Atomic Gas
本文报道了在光学致密的热铷气体（~360 K）中观测到的90米/秒量级的小群速度和大于0.26 ms的大群延迟。这种介质在非常弱的光场之间产生强的非线性相互作用，并具有非常尖锐的光谱特征。这一结果与前人对稠密相干介质非线性光谱的研究结果一致。
Dipole emission and coherent transport in random media III. Emission from a real cavity in a continuous medium
这是一系列论文的第三篇，致力于发展一种微观方法来研究偶极发射过程及其与随机介质中相干输运的关系。本文计算了感生偶极子的辐射功率和洛伦兹型偶极子的自发衰变率。在这两种情况下，发射器被放置在连续介质中钻出的真实空腔的中心。
Excess noise for coherent radiation propagating through amplifying random media
本文提出了一种无序介质放大相干辐射光探测统计的一般理论。相干辐射与自发发射的拍频使噪声增加到散粒噪声水平以上。多余的噪声表示在传输和反射矩阵的介质，并使用随机矩阵理论的方法进行评估。当接近激光阈值时，$N$传播模式之间的模式间散射使噪声系数增加高达$N$的因子。结果进行了对比与吸收介质。
We consider transfer of optical vortices between laser pulses carrying orbital angular momentum (OAM) in a cloud of cold atoms characterized by the $Λ$ configuration of the atom-light coupling. The atoms are initially prepared in a coherent superposition of the lower levels, creating a so-called phaseonium medium. If a single vortex beam initially acts on one transition of the $Λ$ scheme, an extra laser beam is subsequently generated with the same vorticity as that of the incident vortex beam. The absorption of the incident probe beam takes place mostly at the beginning of the atomic medium wi…
Quantum illumination versus coherent-state target detection
Lloyd [1]证明，与非纠缠单光子状态相比，在有损耗的噪声环境中使用纠缠进行单光子目标检测可以获得很大的性能增益。我们表明，劳埃德的“量子照明”系统的性能是，在最好的情况下，等于一个相干态发射机，并可能大幅恶化。然而，如[2]所示，当操作不限于单光子状态时，量子照明可以提供显著的性能增益。
Generically, a laser is composed of an optical resonator coupled to a gain medium. If the light amplification via stimulated emission dominates the mirror losses, the emitted light is coherent. Recent studies have shown that sub-wavelength sized rings of quantum emitters possess subradiant eigenmodes which mimic high-Q optical resonators. We add a continuously pumped atom as a gain medium in the ring's center creating a minimalistic coherent light source. The system behaves like a thresholdless laser, featuring a narrow linewidth well below the natural linewidth of the constituent atoms.
Wave Packets and Coherent Structures for Nonlinear Schroedinger equations in Variable Nonuniform Media
我们确定的条件下，一个通用的规范不变的非自治和非齐次的非线性偏微分方程的二维时空连续可以转化为标准的自治形式。除了非线性薛定谔方程之外，重要的例子包括导数非线性薛定谔方程、五次复Ginzburg-Landau方程和Gerdjikov-Ivanov方程。这种方法提供了一个数学描述的非平稳介质支持一维信号传播和/或总场捕获。特别地，我们研究了薛定谔方程的自相似和非扩展波包。一些其他重要的相干结构也进行了分析和非均匀介质中的非线性波，如大气等离子体，纤维光学，流体力学，和玻色-爱因斯坦凝聚的应用进行了讨论。
Engineering strong interactions between quantum systems is essential for many phenomena of quantum physics and technology. Typically, strong coupling relies on short-range forces or on placing the systems in high-quality electromagnetic resonators, restricting the range of the coupling to small distances. We use a free-space laser beam to strongly couple a collective atomic spin and a micromechanical membrane over a distance of one meter in a room-temperature environment. The coupling is highly tunable and allows the observation of normal-mode splitting, coherent energy exchange oscillations, …
The coherent control of spin qubits forms the basis of many applications in quantum information processing and nanoscale sensing, imaging and spectroscopy. Such control is conventionally achieved by direct driving of the qubit transition with a resonant global field, typically at microwave frequencies. Here we introduce an approach that relies on the resonant driving of nearby environment spins, whose localised magnetic field in turn drives the qubit when the environmental spin Rabi frequency matches the qubit resonance. This concept of environmentally mediated resonance (EMR) is explored expe…
Three-wave mixing with three incoming waves: Signal-Idler Coherent Cancellation and Gain Enhancement in a Parametric Amplifier
光学和超导微波电路中的相干、纯色散三波混频系统可以作为参量放大器操作，从一个频率的泵浦波放大信号和较低频率的闲频波产生。在这里，我们演示了使用约瑟夫森放大器的互易过程中，相干施加的信号和空闲光束上转换到泵浦频率。对于信号和闲频光束足够强，显着耗尽泵，我们表明，这种相互作用的过程（“相干抵消”）导致大，相敏调制，甚至增强放大器增益，与理论预测吻合得很好。
Speckle instability: coherent effects in nonlinear disordered media
我们数值研究了非线性点散射体形成的散斑图的性质。我们发现，在弱局域制度，动力学不稳定性出现，最终导致系统的混沌行为。分析了不同系统尺寸和无序度时不稳定性阈值的统计特性，强调了标度律。后者也被发现支配最小的衰减率的线性系统，从而提出了至关重要的干扰效应。即使在混沌状态下，仍然可以观察到相干后向散射，这也强调了这一点。
Coherent nonlinear multi-pulse processes, nonlinear waves and echo effects in resonant media are the topical problems of modern optics and important tools of coherent spectroscopy and quantum information science. We generalize the McCall-Hahn area theorem to the formation of an arbitrary photon echo generated during the multi-pulse excitation of the optically dense resonant media. The derived theorem made it possible to reveal the nonlinear mechanism of generation and evolution of the photon echo signals inside the media after a two-pulse excitation. We find that a series of self-reviving echo…
We theoretically demonstrate the generation and radiation of coherent nanoplasmons powered by a single three-level quantum emitter on a plasmonic nanoresonator. By pumping the three-level emitter in a Raman configuration, we show a pathway to achieve macroscopic accumulation of nanoplasmons due to stimulated emission in the nanoresonator despite their fast relaxation. Thanks to the antenna effect of the nanoresonator, the system acts as an efficient and bright nanoscopic coherent light source with a photon emission rate of hundreds of Terahertz and could be realized with solid-state emitters a…
Nonlinear localized modes in PT-symmetric optical media with competing gain and loss
研究了在具有增益和损耗竞争的复双曲折射率分布的宇称-时间对称光学介质中非线性空间局域模的存在性和稳定性。在自聚焦和自散焦克尔非线性的存在下，对于所有的竞争参数值，都得到了局域模的精确解析表达式。竞争的增益/损耗的配置文件上的稳定性结构的这些本地化模式的影响进行了讨论的帮助下，线性稳定性分析，然后直接数值模拟的控制方程。二维几何中的空间局域模以及与这些局域模相关的横向功率流密度也进行了研究。
Excitation-pulse intensity mediated control of coherent nonlinear optical response of a V-type system
研究通过求解光学Bloch方程探讨强飞秒脉冲激发下V型三能级系统的相干演化，发现脉冲持续时间与激发态能量差乘积对相干演化至关重要，通过调节脉冲强度可控制非线性光学响应的相干路径贡献，实现二维光谱中谱特征的开关及相位精确调节。
Coherent backscattering in nonlinear atomic media: quantum Langevin approach
本文从理论上研究了近共振光场在强单色光场作用下被两个原子散射的相干性。为了适当地纳入饱和效应，我们使用量子朗之万方法。与标准的光学布洛赫方程相比，该方法自然地提供了由量子电磁真空涨落引起的辐射光的非弹性谱。然而，为了获得散射光的正确光谱特性，必须正确描述这些真空涨落的统计特性。由于两个原子的存在，这些统计特性不是高斯的：（i）空间两点关联函数显示出斑点状行为，（ii）三点关联函数不会为零。我们还解释了如何将在一个简单的方式传播与频率相关的散射平均自由程，这意味着两个原子嵌入在一个平均散射色散介质。最后，我们表明，饱和引起的非线性强烈修改原子的散射特性，因此，提供了一个源的退相干多重散射。这是通过考虑相干后向散射配置，其中干涉效应被这种退相干机制模糊的例子。这导致所谓的相干后向散射增强因子的减小。
We outline a method for constructing effectively two-dimensional isotropic optical media that are perfectly and omnidirectionally invisible for both TE and TM waves provided that their wavenumber does not exceed a preassigned value $α$. This relies on the observation that a complex scattering potential $v(x,y)$ displays perfect invisibility for wavenumbers $k\leqα$ provided that its Fourier transform with respect to $y$, which we denote by $\tilde v(x,\mathfrak{K}_y)$, vanishes for $\mathfrak{K}_y\leq 2α$. We use this result to construct the permittivity profile for a realistic optical slab th…
Once-in-a-lifetime encounter models for neutrino media: From coherent oscillations to flavor equilibration
本文提出中微子气体中每对粒子最多相遇一次的量子模型，在γ→0时回归平均场，并在长时间尺度达到味平衡，揭示相干振荡的粒子起源及量子纠缠的作用。
Optical Spectral Singularities and Coherent Perfect Absorption in a Two-Layer Spherical Medium
光谱奇异性是对应于阈值增益下的激光发射的零宽度谐振。它的时间反转引起光的相干完全吸收，形成反激光的理论基础。在这篇文章中，我们探讨了两层球形介质的光谱奇异性。特别是，我们研究的情况下，增益介质是由一层高折射率玻璃和一层增益材料覆盖的球形玻璃的薄层覆盖。在前一种情况下，涂层减少了激发光谱奇异点所需的最小半径，并导致形成由宽光谱间隙分离的光谱奇异点簇。在后一种情况下，涂层导致光谱奇点的数量加倍。
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