A quantum model for collective recoil lasing
自由电子激光（FEL）和集体原子反冲激光（CARL）都是用同一模型的经典方程描述的。通过耦合到自洽辐射场的薛定谔方程将这些方程推广到描述粒子运动的量子域。该模型依赖于一个单一的集体参数$\bar ρ$，它表示每个粒子发射的光子的最大数量。我们证明了经典模型在极限$\bar ρ\gg 1$下是可以恢复的，其中与薛定谔方程相关的Wigner函数服从经典的Vlasov方程.相反，对于$\bar ρ\le 1$，得到了一个新的量子机制，其中自由电子激光和CARL都表现为一个耦合到自洽辐射场的两态系统，并由Maxwell-Bloch方程描述。
2004-07-15 quant-ph
Selfsynchronization and dissipation-induced threshold in collective atomic recoil lasing
全局耦合振子网络表现出从非相干态到相干态的相变。原子与单向泵浦高精细度环形腔中反向传播模相互作用形成了这样一个全局耦合网络。耦合机制由集体原子反冲激光（CARL）提供，即激光在原子密度光栅处的合作布拉格散射，其由激光自诱导。在附加摩擦力的作用下，原子系综将经历一个相变，达到原子同步运动的状态。通过研究CARL过程的阈值行为，我们给出了这种相变的实验研究。
2004-02-02 quant-ph
Radiation to atom quantum mapping by collective recoil in Bose-Einstein condensate
提出了一个实现辐射到原子连续变量量子映射的实验，即将单模辐射场的量子态传送到玻色-爱因斯坦凝聚体中具有给定动量的原子集体态上.隐形传态协议所需的原子-辐射纠缠是在强远共振泵浦激光作用下，通过单模与凝聚态的相互作用实现的，而相干原子位移则是通过与经典相干场中辐射的相互作用实现的.原则上，协议的验证需要反冲原子和凝聚体的联合测量，然而，涉及布居的部分验证，即对角矩阵元素可以通过计数原子实验获得。
2003-02-20 quant-ph
Observation of collective atomic recoil motion in a momentum-squeezed, ultra-cold, degenerate fermion gas
我们证明了明确的集体原子反冲运动在稀释，动量压缩，超冷简并费米子气体绕过泡利阻塞的影响。虽然由于量子气体服从费米-狄拉克统计，玻色子激发的增益必然不存在，但来自底层波混合过程的集体原子反冲运动是清晰可见的。在适当偏振的单个泵浦脉冲下，我们观察到两个相互垂直的混频过程同时发生。我们的实验还表明，在玻色-爱因斯坦凝聚体中观察到的红-蓝泵浦失谐不对称性在费米子中不发生。
2010-06-17 cond-mat.quant-gas quant-ph
Four wave mixing with self-phase matching due to collective atomic recoil
本文描述了一种在四能级原子冷样品中实现非简并四波混频的方法。四波混频过程的一个组成部分是集体不稳定性，它自发地在冷原子样品中产生周期性密度调制，其周期等于所产生的高频光场的波长的一半。由于这种密度调制的产生，泵浦场和散射场之间的相位匹配不是这种波混合过程发生的必要初始条件，而是密度调制在波混合过程期间起到“自相位匹配”场的作用。我们描述了这个过程的一维模型，并提出了一个原理验证实验，其中涉及用三个红外泵浦场泵浦冷Cs原子样品以产生蓝光。
2004-12-23 quant-ph
Trap environment effects over quantum statistics and atom-photon correlations in the collective atomic-recoil laser
本文研究了在集体原子反冲激光器中，陷阱环境对原子和光量子统计特性以及原子-光子关联的影响。原子和光学统计特性以及原子-光子关联依赖于光场的强度和相位。特别是，取决于光场强度和相位的值，场统计从相干到超混沌变化。
2003-03-05 cond-mat.soft quant-ph
Robust generation of entanglement in Bose-Einstein condensates by collective atomic recoil
研究了在辐射损失和原子退相干的情况下，玻色-爱因斯坦凝聚体中原子集体反冲引起的动力学。特别是，我们专注于激光机制的线性制度，并分析损耗和退相干对纠缠的产生的影响。动力学是三个玻色子，两个原子模式与单模辐射场相互作用，再加上一堆振荡器。由此产生的三模耗散主方程解析求解的维格纳函数。我们详细研究了{ \em high-Q腔}和{ \em bad-腔}的两个互补极限，后者对应于所谓的超辐射区，无论是在准经典区还是量子区。我们发现三模纠缠以及双模原子-原子和原子-辐射纠缠一般对损耗和退相干是鲁棒的，从而使本系统成为实验观察凝聚体系统纠缠的良好候选者。特别地，具有相反动量的原子之间以及原子与光子之间都可以获得稳态纠缠。
2004-04-20 quant-ph
Wave atom optics theory of the Collective Atomic-Recoil Laser
本文提出了一种集体原子反冲激光器的波原子光学理论，对原子质心运动进行了量子力学处理。它将以前经典地处理原子质心运动的射线原子光学理论推广到了超冷原子的领域。对于远离共振泵浦激光器的情况，我们导出了一个解析解，它给出了CARL系统在量子和经典两种情况下的线性响应。线性稳定性分析揭示了这两种制度之间的显着的定性差异，这是由于衍射对原子质心运动的影响。
1997-12-03 physics.atom-ph physics.optics quant-ph
Collective atomic recoil motion in short-pulse multi-matter-optical wave mixing
本文提出了短脉冲物质波超辐射散射的微扰解析理论。我们发现，布拉格共振增强是无能和正负阶散射同样有助于。我们进一步表明，传播增益小，散射事件主要发生在所产生的字段具有最大强度的冷凝物的端部，从而解释了明显的"不对称”的散射组件相对于冷凝物中心。此外，所产生的场在真空中以接近光速的速度传播，当单光子失谐不够大时，导致显著的自发发射。最后，我们发现当激发率增加时，产生的场前沿陡峭和峰前移的效果是由于基态物质波的耗尽。
2010-06-17 cond-mat.quant-gas quant-ph
Genuine tripartite entanglement and nonlocality in Bose-Einstein condensates by collective atomic recoil
研究了强非共振泵浦下玻色-爱因斯坦凝聚体与腔场相互作用的系统。该系统可以用三模高斯态来描述，其中两个是对应于原子填充上下动量边带的原子模，第三个模描述了散射的腔场光。我们表明，作为集体原子反冲不稳定性的结果，这些模式具有真正的三方纠缠，随着演化时间的无限增加，大于任何减少的双模bipartition的二分纠缠。我们进一步表明，该系统的状态表现出真正的三方非局部性，这可以揭示一个强大的违反Svetlichny不等式时，执行位移奇偶测量。我们的精确结果是通过利用高斯态的相空间信息测度的强大机制获得的，我们在本文的开头部分简要回顾了这一点。
2013-11-23 cond-mat.quant-gas physics.optics quant-ph
Photo ionization of an atom passed through a diffraction grating
我们考虑原子的光电离，由于通过一个衍射光栅，准备在一个多站点状态具有交替的最大值和最小值的周期性空间结构。已经发现，这一过程与“正常”原子的光致电离在性质上不同。特别是，在这个过程中发射的电子和反冲离子的光谱显示出清晰的单粒子和双粒子干涉效应。此外，这些粒子的动量分布之间也存在显著差异，它们不再相互镜像。所有这些功能的起源进行了详细讨论。研究结果还表明，利用反冲离子谱可以完全解码出原子多位态中编码的衍射光栅的信息，而光电子谱只包含部分信息.
2020-08-06 physics.atom-ph quant-ph
Theory for Raman superradiance in atomic gases
提出了一种具有反冲效应的拉曼超辐射（SR）的平均场论，恢复了典型的SR特征，如强度与原子数的二次关系和时间尺度与原子数成反比.与最近的实验和理论的瑞利SR和集体原子反冲激光（CARL）的比较。反冲的作用被证明是在原子相干性的衰减和打破的对称性的SR端射模式。
2005-08-05 quant-ph
Master equation for collective spontaneous emission with quantized atomic motion
我们导出了一个包含与原子运动量子化有关的所有效应的二能级原子系综内部动力学的马尔可夫主方程。我们的方程提供了一个统一的图片的后果反冲和不可分割的原子超出了兰姆-迪克制度的耗散和保守的动力学，并同样适用于可区分和不可区分的原子。我们给出了任何运动态的衰变率和偶极-偶极位移的一般表达式，并找到了许多相关态（高斯态、福克态和热态）的封闭形式公式。特别是，我们表明，偶极-偶极相互作用和合作的光子发射可以调制通过外部状态的运动。
2015-12-24 quant-ph
Creating and probing long-range order in atomic clouds
超冷原子与高Q光学环形腔中的光模相互作用可以使它们的运动同步。这种集体行为使得该系统在量子计算应用中非常有趣。本文致力于集体耦合的研究。我们报告的集体动力学的第一次观察和实现的激光器，其增益机制是基于集体原子反冲。我们表明，如果原子受到摩擦力，从无序分布开始，它们自发地形成一个移动的密度光栅。此外，我们证明了一维原子密度光栅可以通过布拉格散射探测。通过外差的布拉格反射光与参考光束，我们得到详细的信息引起的布拉格散射过程中的相移。
2005-11-29 quant-ph
Bose-stimulated scattering off a cold atom trap
在大粒子数N的限制下，将玻色受激原子在占据态之间的反冲跃迁的光子散射率与玻色-爱因斯坦跃迁附近的衍射和非相干瑞利散射进行了比较.这些过程中的每一个都有一个角度和温度范围，对于这些角度和温度范围，它通过发散因子N-> 0。
1996-08-28 quant-ph
Measurement of the separation between atoms beyond diffraction limit
自科学发展初期以来，对两个原子或分子之间微小间距的精确测量一直备受关注。在这里，我们讨论了一个方案，产生的空间信息的两个相同的原子系统放置在一个驻波激光场。信息是从集体共振荧光光谱中提取的，完全依赖于远场成像技术。原子间的分离和两个粒子的位置都可以在大约λ/550到λ/2的宽距离范围内以分数波长精度测量。
2006-03-13 quant-ph
Diffraction phase-free Bragg atom interferometry
Leibniz University Hannover（汉诺威莱布尼茨大学）；University Innsbruck（因斯布鲁克大学）；Institute for Quantum Optics and Quantum Information, Austrian Academy of Sciences（奥地利科学院量子光学与量子信息研究所）
本文提出利用最优控制理论优化布拉格衍射相位，提升原子干涉仪的测量精度，通过减少衍射相位消除系统误差。
2026-03-13 physics.atom-ph quant-ph
Steering matter wave superradiance with an ultra-narrowband optical cavity
在光学谐振腔中制备了超流原子气体，其超窄带宽为单光子反冲能量级。当单色非共振激光束照射原子时，在临界强度以上，腔体发射持续时间约为其光子存储时间的超辐射光脉冲。原子被集体散射成离散动量态的相干叠加，这可以通过调节腔共振频率来精确控制。通过适当的脉冲序列，整个原子样品可以通过两个反冲动量的倍数集体加速或减速。记录了物质波超辐射起始的不稳定边界，并用平均场模型解释了其主要特征。
2014-07-18 cond-mat.quant-gas quant-ph
Cavity-enhanced superradiant Rayleigh scattering with ultra-cold and Bose-Einstein condensed atoms
本文报道了在光学环形腔中，超冷玻色-爱因斯坦凝聚态原子的集体反冲激光和超辐射瑞利散射。这两种现象都是基于光与冷原子气体的集体相互作用引起的不稳定性。本出版物阐明了这两种效应之间的联系。对几十个$μ\textrm{K}$热云的超辐射行为的观测证明了这种现象是由原子的合作动力学驱动的，而环形腔的存在强烈地增强了这种合作动力学。
2007-07-19 quant-ph
Superradiant Rayleigh scattering in a ring cavity
光与原子气体的集体相互作用可以引起超辐射不稳定性。实验研究了在激光驱动的高精细度环形腔中，填充超冷热原子或凝聚原子的反向光场的突然建立。虽然来自原子云的超辐射瑞利散射通常仅在非常低的温度（即远低于$1 μ$ K）下观察到，但是环形腔的存在增强了协同性，并且允许与热达几个$10 μ$ K的热云的超辐射。在不同的温度和协同性参数的超辐射特性，使我们能够将其链接到集体原子反冲激光。
2006-10-25 quant-ph
Single-site addressing of ultracold atoms beyond the diffraction limit via position dependent adiabatic passage
提出了一种基于亚波长绝热定位技术的单点寻址方案。我们考虑了一个超冷中性原子被装入二维光晶格中，每个晶格中有一个原子。每个原子被模拟成一个三能级Λ系统，该系统与泵浦和斯托克斯激光脉冲相互作用。在抽运光场的空间分布中引入一个节点，除了节点处的原子仍保持初始基态外，所有原子都通过受激拉曼绝热通道从系统的一个基态转移到另一个基态.这种技术允许制备，操纵和检测原子的空间分辨率优于衍射极限，这或者放松了对所使用的光学设置的要求，或者将可实现的空间分辨率扩展到比迄今为止可获得的更小的晶格间距。与基于相干布居捕获的技术相比，STEM提供了更高的寻址分辨率，并且具有额外的优点，例如对参数变化的鲁棒性、传输过程的相干性以及不存在光子引起的反冲。此外，我们的建议相对于绝热自旋翻转技术的优点突出。解析表达式的可实现的寻址分辨率和效率的推导和数值模拟Rb-87原子在最先进的光晶格。
2013-01-08 quant-ph
Effects of finite trapping on the decay, recoil, and decoherence of dark states of quantum emitter arrays
本文研究了有限阱深和光介导力对量子发射体阵列中亚辐射态的影响，发现这些效应会导致衰减率随时间变化、振动能量转移及状态混合，并提出了通过优化阵列配置以减轻退相干的策略。
2025-08-12 physics.atom-ph quant-ph
Finite-Speed-of-Light Effects in Atom Interferometry: Diffraction Mechanisms and Resonance Conditions
本文建立了原子干涉仪中有限光速效应与质量亏损等相对论效应的理论框架，揭示其大小取决于衍射机制和几何结构，并提出无反冲跃迁实验方案及重力测量偏差缓解策略。
2025-05-05 physics.atom-ph quant-ph
Diffraction effects on light-atomic ensemble quantum interface
我们提出了一个简单的方法，包括衍射的影响到一个光原子系综量子界面的集体变量的上下文中的描述。在进行散射计算时，我们挑出纯粹的几何效应。我们将我们的方法应用于实验相关的情况下，高斯形状的原子样品存储在单光束光偶极阱和探测的高斯光束。我们得到的相互作用的几何形状的效果的解析缩放关系，并比较我们的研究结果从1维模型的光传播的结果。
2004-03-29 physics.atom-ph quant-ph
Ultrafast Stern-Gerlach and Anomalous Bragg Diffraction Regimes of Low-energy Free Electron Interaction with Light
针对自由电子量子光学中相干控制自由电子的目标，提出低能量子电子波包的超快斯特恩-盖拉赫机制并纳入二阶色散效应，发现色散诱导的反常布拉格衍射机制，为相关衍射机制分类及电子波函数量子工程提供基础。
2025-08-24 quant-ph
Incoherent quantum feedback control of collective light scattering by Bose-Einstein condensates
众所周知，在环形腔中，来自均匀原子系综的光散射会变得不稳定，从而导致原子的集体反冲激光。这是由于空腔产生的正反馈的结果。我们建议增加一个额外的电子反馈回路的基础上的散射光的光电检测。优点是在选择反馈算法方面具有很大的灵活性，因为利用电信号的操纵非常发达。本文讨论了非相干反馈在玻色-爱因斯坦凝聚态原子中的应用，并讨论了非相干反馈作用引起的量子噪声。我们表明，虽然基于光电探测的反馈不改变局部稳定性的初始均匀分布相对于小扰动，它减少了区域的吸引力的均匀平衡。反馈诱导的非线性使量子涨落能够使系统脱离稳定区域，并导致指数增长，即使在没有反馈的情况下，均匀态是全局稳定的。利用反馈主方程的数值解，我们证明了在激发态原子模和光模的求积曲线中不存在反馈诱导的噪声。然而，反馈回路将额外的噪声引入到这些模式的量子数中。重要的是，反馈打开了将调制的BEC定位在腔内以及调谐散射光的相位的机会。这可以在精密测量和量子模拟中找到应用。
2016-01-10 quant-ph
Atomic selfordering in a ring cavity with counterpropagating pump
移动散射体和光在光学谐振器中的集体动力学产生复杂的行为。对于强横向照明的相变从均匀的结晶颗粒秩序出现。相反，在单侧泵浦的环形腔中，气体呈现出聚束和集体加速的不稳定性，称为集体原子反冲激光（CARL）。我们证明，通过驱动两个正交偏振的环形谐振腔的反向传播模式，在一个系统内实现这两种情况。相应的相图取决于两个泵的强度表现出的区域中，无论是一个广义的形式的自排序朝向一个旅行密度波与恒定的质心速度或CARL不稳定性形成。控制腔驱动然后允许加速或减速并捕获足够密集的线性可极化粒子束。
2014-11-17 physics.atom-ph quant-ph
Extremely subradiant states in a periodic one-dimensional atomic array
研究了具有横向和纵向跃迁偶极矩的周期二能级原子链的亚辐射集体态。我们表明，在没有开放衍射通道的情况下，通过适当地选择链周期，对于给定数量的原子，可以获得长寿命的亚辐射态的横向偏振。这些高度次辐射态的线宽随着原子数的增加而减小，比以前显示的要快得多。此外，我们的研究表明，即使原子之间存在额外的相互作用通道，也存在这样的状态，即它们通过例如光波导的波导模式相互作用。我们开发了一个理论框架，允许从每个集体本征态的贡献来描述系统的光谱特性，我们表明，subradiant状态表现在透射和反射光谱，允许观察相互作用引起的透明度在一个非常窄的光谱范围。这种长寿命的集体态可能在纳米光子学和量子光学中找到潜在的应用。
2020-01-25 quant-ph
Cavity-aided non-demolition measurements for atom counting and spin squeezing
探测原子系综的集体自旋状态可以提供一种经由与测量相关联的光子反冲来减少加热的手段，并且提供用于制备具有低于相干自旋状态的标准量子极限的光谱灵敏度的高度纠缠状态的鲁棒的、可扩展的路线。集体探测依赖于获得非常大的光学深度，该光学深度可以通过将系综放置在光学腔内使得探测光多次穿过系综而有效地增加。在这里，我们提供的表达式测量分辨率和光谱增强在这样的腔辅助非拆除测量作为腔失谐的函数。特别是，被认为是在$^{87}$ Rb光谱增强的基本限制。
2014-02-02 physics.atom-ph quant-ph
Coupling light to an atomic tweezer array in a cavity
本文提出中等精细度光学腔可克服超波长原子光镊阵列的高级衍射散射损失，并通过优化晶格间距实现高效原子-光子耦合。
2023-12-18 quant-ph
Stochastic transport of a Goldstone mode in a self-organized atomic crystal
Graduate School of China Academy of Engineering Physics（中国工程物理研究院研究生院）
本文在光学环形腔中追踪自组织原子晶体的戈德斯通模随机输运，发现扩散常数随$1/N$减小，归一化后呈普适曲线，拓展了连续对称性破缺的研究范畴。
2026-08-28 cond-mat.quant-gas physics.atom-ph quant-ph
Proposal for a Bose-Einstein condensate based test of Born's rule using light-pulse atom interferometry
提出结合双 Bragg 与 Raman 衍射的 BEC 光脉冲原子干涉方案，以高精度检验 Born 定则，并通过数值模拟给出三阶干涉项统计偏差上界。
2024-09-06 physics.atom-ph quant-ph
Observation of a red-blue detuning asymmetry in matter-wave superradiance
我们首次报道了利用蓝失谐泵浦光对物质波超辐射的强抑制的实验观测，并证明了在集体原子反冲运动中泵浦-激光失谐的不对称性。在对比所有以前的理论框架，它预测的过程应该是对称的泵激光失谐的符号，我们发现，凝聚的对称性被打破。在高凝聚密度和红色失谐光的情况下，熟悉的独特的多级物质波散射图案清晰可见，而在蓝色失谐光的情况下，超辐射被强烈抑制。然而，在稀原子气体的极限下，对称性又恢复了。
2010-10-29 cond-mat.quant-gas quant-ph
Cooperative optical wavefront engineering with atomic arrays
天然材料通常与光的磁性成分相互作用很弱，这大大限制了它们的应用。这导致了人造超材料和超表面的发展。然而，自然的原子，其中只有电偶极跃迁是相关的光学频率，可以协同响应光形成集体激发与强磁，以及电，相互作用，连同相应的电和磁镜反射性能。通过结合的电和磁集体自由度，我们表明，平面阵列的原子可以被利用作为原子透镜聚焦光的亚波长点在衍射极限，以不同的角度转向光允许光学分选，并作为不同的角动量状态之间的转换器。该方法是基于相干叠加感应电和磁偶极子工程量子纳米光子惠更斯原子表面，给予充分的$2π$相位控制的传输，接近零反射。
2021-12-22 cond-mat.quant-gas physics.atom-ph physics.optics
Cavity enhanced light scattering in optical lattices to probe atomic quantum statistics
利用非共振集体光散射技术，可以对光晶格中原子的不同量子态进行非破坏性监测。角度分辨的光子数和方差的测量给出了关于原子数波动和对相关性的信息，而无需单站点访问。在衍射最小角的观测提供了对经典噪声不敏感的量子涨落的信息。对于横向探测，没有光子从莫特绝缘体相散射到腔中，而对于超流体，光子数与原子数成正比。
2007-02-27 physics.atom-ph physics.optics quant-ph
