Superradiant lasing in inhomogeneously broadened ensembles with spatially varying coupling
超辐射激光对光钟跃迁的理论研究预言了与裸原子线宽密切相关的极好的频率准确度和精度。当激光模式的光谱宽度比原子介质的光谱宽度大得多时，这种超辐射激光器对腔波动也是鲁棒的。最近的预测表明，这种独特的功能仍然存在，即使是一个热的，因此强烈增宽的合奏，提供有效的原子数是足够大的。在这里，我们使用二阶累积量展开的方法来研究这样的超辐射激光的功率，线宽和线位移的函数的非均匀宽度的合奏，包括空间原子内的谐振腔场耦合的变化。我们提出的条件上的原子数，泵浦和耦合强度所需的集体原子的相干性，以及可实现的激光线宽的缩放和限制的建设。
2021-10-29 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
Squeezed superradiant lasing of a quantum many-body emitter
The Chinese University of Hong Kong（香港中文大学）
本研究提出利用量子多体系统生成具有超常规量子相关性的明亮量子光，通过相干多体相互作用实现光子压缩。
2026-02-18 quant-ph
Superradiant laser: Effect of long-ranged dipole-dipole interaction
从理论上研究了长程偶极-偶极相互作用（LRDDI）对超辐射激光（SL）的影响。这种效应是由耗散过程中的原子-光子相互作用引起的。在通常用来引发光致发光的坏腔极限下，我们证明了腔光子数随原子间距离的变化而振荡。同样，原子-原子相干性交替出现符号，交替显示SL操作中的临界跃迁。这表明在一个大的原子系综中出现的集体效应的复杂性。因此，SL中的这种效应不能简单地用整个系综的一部分来解释。我们数值求解了包含空间相关LRDDI的稳态SL，并在等距原子阵列的设置下，分别在最佳原子间距处找到了最大腔光子数和最小光谱线宽。有限数量的原子的缩放显示出优于没有LRDDI的稳态SL，这允许探测窄原子跃迁，并且可能用于精确测量和下一代光学时钟。
2016-09-02 quant-ph
Phase diagram for injection locking a superradiant laser
我们从实验和理论上研究了超辐射或坏腔激光器对外加相干驱动的响应。我们观察到两种形式的同步（注入锁定）之间的超辐射合奏和应用驱动器：一个吸引力和排斥的性质。我们解释的排斥区域所产生的更高的三维描述的原子自旋状态，存储在超辐射激光的激光相干性，而不是一个传统的良好的腔激光器中的电场的两个参数的描述。我们推导出预测行为的相图，并通过实验测量系统在不同轨迹上的响应。
2014-06-19 nlin.AO physics.atom-ph quant-ph
Nonreciprocal interactions induce frequency shifts in superradiant lasers
该研究揭示超辐射激光器中部分原子未被驱动时会出现频率偏移与线宽展宽，其源于驱动与未驱动原子间的非互易相互作用，为超辐射激光器实现及量子技术中非互易现象的应用提供参考。
2025-05-07 nlin.PS physics.atom-ph quant-ph
Laser driven superradiant ensembles of two-level atoms near Dicke's regime
本文报道了激光冷却的二能级原子系综超辐射的实验观测结果。在强驱动激光作用下，我们观察到系统沿对称轴具有超辐射。即使驱动激光与超辐射方向正交，也会发生这种情况。这种超辐射改变了自发发射，从而改变了拉比振荡。我们还研究了在几乎全反转系统中的Dicke超辐射随原子数的变化。实验结果与ab-initio，超越平均场计算定性一致。
2021-07-28 cond-mat.quant-gas physics.atom-ph quant-ph
Quantum Langevin approach for superradiant nanolasers
本文提出了一种解析求解量子非线性朗之万方程的新方法，并应用于计算集体效应起重要作用的超辐射激光的光谱。我们计算了任意泵浦速率下的激光光谱，并恢复了众所周知的结果，如阈值区域内激光线宽的泵浦依赖性。我们预测了新的边带峰的超辐射激光器的光谱与大的弛豫振荡，以及新的非线性结构的激光光谱中的弱泵浦率。我们的方法揭示了新的光的重要性，人口波动的激光线宽变窄，在结构的激光光谱，并在过渡到相干操作。
2020-12-04 physics.optics quant-ph
Longitudinal polariton condensation and superradiant emission in semiconductor edge-emitting laser structures
研究表明，半导体激光器二极管结构中的超辐射（SR）由相变到相干态的Ginzburg-Landau方程或Gross-Pitaevskii方程形式的主方程控制。我们研究了有效质量为自由电子质量10 $^{-11}$的一维纵向下极化激元的凝聚。两个不同的制度的SR发射和极化激元凝聚的预测，其中之一表现出的Dicke超辐射在原子气体中的一些特征。以InGaN/GAN异质结构量子阱为模型系统，基于Maxwell-Bloch方程的数值模拟结果证实了解析模型的预测。
2011-12-06 cond-mat.str-el quant-ph
Dynamically controlled superradiant laser for hybrid sensing of collective atomic coherence
我们实现了对超辐射冷原子$^{87}$ Rb拉曼激光器的动态控制，实现了与条件拉姆齐光谱等效的原子相移传感。我们的方法使用非爆破映射的集体量子相位的二能级原子系综到检测腔光场的相位。我们表明，非爆破测量的基本精度理论上可以接近相干自旋态相位估计的标准量子极限，这是拉姆齐光谱学的传统基准。最后，我们提出了一种基于这种方法的混合光晶格时钟，它结合了连续和离散测量，以实现高精度和准确度。
2012-08-09 physics.atom-ph quant-ph
Correlations and linewidth of the atomic beam continuous superradiant laser
本文提出最小模型解释连续超辐射激光器特性，通过哈密顿过程描述原子进出腔，推导持续发射条件，指出线宽由集体原子偶极量子涨落决定，并发现超辐射与原子关联增长相关但关联对线宽影响小。
2022-11-17 physics.atom-ph quant-ph
Superradiant Neutrino Lasers from Radioactive Condensates
本研究提出放射性玻色-爱因斯坦凝聚体的超辐射中微子发射概念以构建超辐射中微子激光器，指出基于铷-83凝聚体的实验可将衰变率从86.2天加速至分钟级。
2025-09-05 hep-ph quant-ph
Relaxation oscillations, stability, and cavity feedback in a superradiant Raman laser
利用激光冷却的$^{87}$ Rb喇曼激光器，实验研究了深工作于坏腔区的光学激光器的弛豫振荡和振幅稳定性。通过将激光场的测量与原子布居的非破坏测量相结合，我们推断出由集体原子布洛赫矢量表示的增益介质的响应。用一个简单的模型定性地解释了结果。测量和理论扩展到包括中间再泵浦状态的振荡器的闭环稳定性和稳定或增强弛豫振荡腔反馈的作用的效果。实验研究了深工作于坏腔区的光学激光器的稳定性，这将指导未来超窄线宽超辐射激光器的发展。
2013-01-07 physics.atom-ph physics.optics quant-ph
Theoretical Study on Superradiant Raman Scattering with Rubidium Atoms in An Optical Cavity
本研究通过量子主方程理论，将铷原子视为三能级系统并与光学腔耦合，统一解释了超辐射拉曼散射脉冲及稳态宽谱现象，为超辐射激光及相关量子现象研究提供了理论工具。
2024-01-01 quant-ph
Superradiant Raman Laser Magnetometer
我们展示了一种原理验证磁力计，它依赖于冷原子拉曼激光器的主动振荡，以连续地将场敏感的原子相位映射到辐射光的相位上。我们展示了连续主动振荡过程中的宽带灵敏度，以及在被动拉姆齐样模式中的窄带灵敏度，其中使用自旋回波技术在频率中平移窄带检测。该传感器在1 kHz时的灵敏度为190 pT/Hz^（1/2），有效感测体积为2 * 10^-3 mm^3。也被认为是一个理想的探测器的磁场灵敏度的基本量子限制。
2012-10-13 physics.atom-ph quant-ph
Instabilities of the continuous superradiant laser
研究连续超辐射激光器的强度稳定性，发现当腔光子寿命远短于原子寿命时会出现混沌，推导了不稳定性判据，并指出其对频率参考和混沌研究的影响。
2026-06-23 cond-mat.quant-gas physics.atom-ph quant-ph
Comment on arXiv:2510.21705 "Fundamental Impossibility of a Superradiant Neutrino Laser" and comment on arXiv:2510.21692 "Can Bose-Einstein Condensates Enhance Radioactive Decay?"
Stanford University（斯坦福大学）
本文针对两篇arXiv预印本发表评论，指出中微子截面极小，实验室中不存在超辐射现象。
2026-10-14 hep-ex hep-ph quant-ph
Ultranarrow Superradiant Laser via Dressed Dark State
本文提出利用静磁场将偶同位素类碱土金属原子的暗态缀饰上亮态分量，实现从交叉区到超辐射激光区工作的超窄超辐射激光，在保持功率的同时获得mHz量级线宽，并对腔长和磁场涨落具有更强鲁棒性。
2025-08-28 physics.atom-ph quant-ph
Phase Synchronization between Two Superradiant Lasers
我们实验证明了两个不同的合奏的冷原子进行稳态超辐射在一个单一的纵向和横向模式相同的光学腔之间的同步。同步过程首先研究的时间动力学的重新同步时，突然打破两个振荡器的相位对准。我们还观察到的激光器的相对频率是连续变化的稳态行为。该系统具有实现非平衡量子相变的潜力，并可为未来实现毫赫兹线宽激光器提供信息。
2015-03-22 nlin.AO physics.atom-ph quant-ph
Threshold studies for a hot beam superradiant laser including an atomic guiding potential
本文通过累积量展开数值研究热束超辐射激光器的阈值条件，发现增加原子数可显著提高温度阈值，速度滤波影响甚微，而朝向腔模波腹的光学导引能显著降低阈值并提高输出功率。
2023-08-10 physics.atom-ph quant-ph
Impact of photo-assisted collisions on superradiant light scattering with Bose condensates
我们提出的实验证据支持的假设，光辅助碰撞的二次效应的主要原因，在凝聚体的超辐射光散射效率是不对称的，相对于抽运激光失谐的符号。然而，与最近的实验研究相反，我们观察到所有三种泵浦激光偏振的严重和可比的加热。我们还进行了双色，双脉冲测量，直接研究凝聚体相干性的退化和由此产生的超辐射散射效率的影响。
2012-08-27 cond-mat.quant-gas physics.atom-ph quant-ph
Modeling of a continuous superradiant laser on the sub-mHz $^1$S$_0\,\rightarrow\,^3$P$_0$ transition in neutral strontium-88
针对连续超辐射激光器高原子通量与低退相干难以兼顾的难题，提出结合超冷锶原子束与蝴蝶结腔的设计，通过模拟验证可行性并建立场模型，估算出线宽<100 mHz、功率数百fW的性能，为提升光钟短期稳定性提供新方案。
2025-02-10 physics.atom-ph quant-ph
Cavity-immune features in the spectra of superradiant crossover laser pulses
由于对腔噪声的灵敏度降低，在坏腔状态下的激光在精密计量中具有有希望的应用。在这里，我们研究了在mK热系综中$^{88}$ Sr的$^1$ S $_0 - ^3$ P $_1$线上的脉冲激光的光谱特性和相位行为，如arxiv：1903.12593中首次描述的。该系统工作在一个制度，多普勒展宽的原子跃迁线宽是几倍大于腔线宽。我们发现，通过失谐的腔谐振，可以消除的峰值激射频率上的腔噪声的影响，即使系统不深的坏腔区的一阶。实验结果进行了比较，一个模型的基础上的Tavis-Cummings哈密顿量，这使我们能够调查不同的热速度类之间的相互作用作为减少腔噪声的基本机制。这些速度依赖的动力学可以发生在脉冲激光和超辐射交叉制度的激光器的开启行为。
2021-05-19 physics.atom-ph quant-ph
Coherence-Assisted Superradiant Laser with Hz Linewidth and $10^{-10}$W Power
本文提出基于玻色子碱土原子中拉曼跃迁诱导$^3$P$_0$-$^3$P$_1$耦合的超辐射激光方案，实现赫兹线宽与$10^{-10}$W功率输出，显著提升超辐射激光性能。
2022-11-13 physics.atom-ph quant-ph
Robustness of the Floquet-assisted superradiant phase and possible laser operation
该研究证明了Floquet辅助超辐射相在参数驱动耗散Dicke模型中的鲁棒性，并探讨了其在激光操作中的可行性。
2023-12-20 cond-mat.other physics.optics quant-ph
Anomalous topological superradiant phases
Chongqing University（重庆大学）
通过光子Su-Schrieffer-Heeger配置的量子Rabi阵列，实现具有物种依赖相位的光-物质耦合，发现拓扑超辐射相变及增强的边缘态，为拓扑量子光学提供可调平台。
2026-06-24 quant-ph
Steady-state superradiance with Rydberg polaritons
稳态超辐射激光器可以产生超窄线宽的光，在量子信息和精密计量等领域有着重要的应用。然而，这种激光器产生的光本质上仍然是经典的。在这里，我们表明，里德伯介质的引入到一个腔中含有原子与一个狭窄的光学跃迁可以导致超窄线宽$nonclassical$光的稳态超辐射发射。由里德伯介质引起的腔非线性强烈地改变了超辐射阈值，并导致腔输出光谱$-$中出现了一个Mollow三重态。这种行为可以理解为共振荧光的一种不寻常的模拟。腔输出光谱具有非常尖锐的中心峰，其线宽可以远窄于经典超辐射激光器的线宽。这种前所未有的光谱清晰度，加上光的非经典性质，可能会导致新的应用，其中光谱纯$quantum$光是理想的。
2016-11-02 quant-ph
Cavity Mediated Collective Spin Exchange Interactions in a Strontium Superradiant Laser
激光冷却和量子简并原子被广泛地用作量子模拟器，可以解释强相关材料系统的行为，并作为当今最精确的传感器的基础。实现这些目标的一个关键挑战是理解和控制原子之间的相干相互作用。在这里，我们观察到远程交换相互作用介导的光学腔，这表现为可调自旋自旋相互作用的赝自旋1/2系统组成的毫赫兹线宽时钟过渡锶。我们观察到所谓的一轴扭转动力学，出现了多体能隙，和签名的间隙保护的光学相干性对某些来源的退相干。这些效应表现在输出的脉冲，超辐射激光器上的毫赫兹线宽过渡。我们的观察将有助于在未来设计的多功能量子模拟器，利用独特的控制和探测能力的腔QED和丰富的内部结构的长寿Sr原子。它们还为下一代利用量子相关性增强计量学的原子钟开辟了一条道路。
2017-11-10 cond-mat.quant-gas physics.atom-ph quant-ph
Prospects of a superradiant laser based on a thermal or guided beam of Sr-88
通过对两个系统的数值模拟，根据实际的实验数据，探讨了$^{88}$ Sr中7.5kHz宽的$^1$ S $_0$ - $^3$ P $_1$跃迁的超辐射激射前景。一个系统使用的想法是在一个简单的，热的原子束与高通量的连续超辐射，另一个系统是基于使用超冷原子在偶极波导。我们发现，热束系统实现激光以上的流量$2.5 \times 10^{12}$原子/秒。它能够输出数百nW，并将腔体噪声抑制20-30倍。二阶多普勒频移引起激光频率的500 Hz量级的频移。对于冷原子束，我们考虑到退相干和热效应时，使用的原子限制在偶极波导的再泵浦计划。我们发现输出功率在几百pW的量级，而二阶多普勒频移可以忽略，腔噪声可以被抑制在50-100倍的量级。此外，我们表明，这两个系统表现出局部不敏感的原子通量的波动。
2022-08-03 physics.atom-ph quant-ph
Deterministic single-atom source of quasi-superradiant $N$-photon pulses
我们提出了一个单原子，腔量子电动力学系统，兼容最近展示的，光纤集成的微和纳米腔设置，按需生产的光学数态，$0N$状态，和二项式码状态脉冲。该方案利用整个原子基态超精细能级内的拉曼跃迁，并利用激光和腔场与原子跃迁的失谐量远大于激发态超精细分裂。这使得动力学的一个简单的，腔阻尼的Tavis-Cummings模型与集体自旋确定的地面超精细水平的总角动量的减少。
2020-12-01 quant-ph
Single Photon Superradiance and Subradiance as Collective Emission From Symmetric and Antisymmetric States
本文研究N个共振二能级原子的单光子集体发射，利用对称与非对称态正交基分析超辐射、亚辐射及纠缠，并给出激光诱导亚辐射分量和纠缠出现阈值1/N。
2023-09-25 quant-ph
Superradiance on the milliHertz linewidth strontium clock transition
今天最好的原子钟受到用来询问原子的激光频率噪声的限制。解决这个问题的一个建议是使用光学时钟跃迁作为其增益介质来产生超辐射激光器。这种激光器将充当一个有源原子钟，并且将高度不受参考腔长度波动的影响，而参考腔长度波动限制了当今最好的激光器。在这里，我们展示和表征超辐射发射的兆赫线宽时钟过渡的合奏激光冷却$^{87}$ Sr原子被困在一个高精细光学腔。我们测量的集体增强的发射率到腔模式的一个因素超过10,000相比，独立辐射原子。我们还演示了一种方法，种子超辐射发射和观察两个独立的跃迁激光之间的干涉。我们使用这种干涉来表征两个激光子系综的相对光谱特性。
2016-03-17 physics.atom-ph quant-ph
Fundamental impossibility of a superradiant neutrino laser
Massachusetts Institute of Technology（麻省理工学院）；Research Laboratory of Electronics, Massachusetts Institute of Technology（麻省理工学院电子研究实验室）；MIT-Harvard Center for Ultracold Atoms（麻省理工学院-哈佛大学超冷原子中心）
研究证明理想原子系统发射费米子时，最大发射率正比于N而非N²，排除了超辐射的可能性，并否定了超辐射中微子激光的提议。
2026-07-03 hep-ph nucl-ex physics.atom-ph
Complementary Collective Spin Descriptions of Superradiant Ramsey Spectroscopy
本文针对腔中锶-88原子的延迟超辐射实验，提出用两个子系综横向集体自旋的同相、异相叠加及Dicke态和Bloch矢量，互补描述外部驱动与超辐射动力学。
2025-05-15 quant-ph
A Superradiant Topological Peierls Insulator inside an Optical Cavity
我们考虑无自旋的超冷费米气体，它被紧紧地束缚在光学谐振腔的轴上，并被紧密调谐到谐振腔模式的激光横向照射。在某一阈值泵浦强度下，均匀气体密度打破$\mathbf{Z}_2$对称性朝向空间周期顺序，这共同地将泵浦光子散射到腔中。我们表明，这种已知的自序过渡也发生低场寻求费米子粒子时，激光是蓝失谐的原子过渡。在这种情况下，出射的超辐射光晶格是单极的，并且具有两个不同的二聚化。取决于自发选择的二聚化，所得到的布洛赫带可以具有由非零Zak相表征的非平凡拓扑结构。在费米动量接近腔模波数的一半的情况下，这里的佩尔斯不稳定性会在费米表面产生一个带隙的拓扑绝缘体，它拥有一对边缘态。系统的拓扑特征可以通过腔输出非破坏性地观察到：体的Zak相位与激光和腔场之间的相对相位相一致，而边缘态的指纹可以被观察为在腔谱的明确定义的频率窗口中的额外加宽。
2016-11-15 cond-mat.quant-gas quant-ph
Superradiant optomechanical phases of cold atomic gases in optical resonators
在考虑光子与原子相互作用的力学效应的情况下，从理论上分析了冷原子气体的超辐射发射。原子被限制在驻波谐振腔中，原子的亚稳偶极跃迁耦合到腔模。原子偶极非相干泵浦的参数制度，将对应于静态超辐射的不均匀加宽。从腔场和原子自由度的主方程出发，我们推导出一个平均场模型，该模型使我们能够确定阈值温度，高于该阈值温度，热波动抑制超辐射发射。然后，我们分析了超辐射发射的动力学时，由平均场模型描述的运动。在半经典状态和低于阈值温度，我们观察到，所发射的光可以是相干的或混沌的，这取决于非相干泵浦速率。然后，我们分析了超辐射从一个理想的玻色气体在零温度时，超辐射衰减率$Λ$的反冲频率$ω_R$的顺序。我们表明，原子和场之间的机械能的量子化交换产生一个阈值，$Λ_c$，低于该阈值，超辐射发射衰减到零。当$Λ>Λ_c$超辐射发射时，伴随着衍射发射光子的物质波光栅的形成。这些光栅的稳定性取决于相对于第二阈值$w_c$的非相干泵浦速率$w$。对于$w>w_c$，光栅是稳定的，并且系统实现了稳定的超辐射。低于该第二阈值，耦合动力学变得混乱。我们表征了这两个阈值的动态特性，并表明我们预测的三个阶段（非相干，相干，混沌）可以通过腔输出光的相干特性来揭示。
2019-11-06 cond-mat.quant-gas quant-ph
Lasing in the superradiant crossover regime
一种新的激光器，利用光和原子的相干性，是可能的，利用超冷碱土原子被困在一个光学腔体内的光晶格。不同的激光机制，包括超辐射，超辐射和常规激光，是由存储在原子和腔模的相对相干性区分。我们分析了在两个不同的实验实现区域的超辐射激光制度的物理。我们的计算证实了锶-87原子双禁戒时钟跃迁${}^3 P_0 \to {}^1 S_0$的超辐射激光的窄线宽。在88锶原子偶极禁戒跃迁${}^3 P_1 \to {}^1 S_0$的强驱动下，由于腔场的相干激发，超辐射线宽进一步变窄。
2018-09-05 physics.atom-ph physics.optics quant-ph
A non-equilibrium superradiant phase transition in free space
本文在自由空间中利用激光冷却的铅笔状原子云实现了非平衡超辐射相变，观察到了原子偶极子相位锁定相与超辐射自发辐射主导相之间的转变，为自由空间超辐射激光器及新型时间晶体的研究提供了前景。
2023-04-25 cond-mat.quant-gas physics.atom-ph quant-ph
Superradiance and collective gain in multimode optomechanics
我们提出了一个强驱动的多模光机系统，显示了通常已知的原子光相互作用系统的合作效应的出现的描述。我们的计算表明，在相干泵浦场的应用下，通过改变泵浦的频率失谐，系统的响应可以从超辐射区切换到集体增益区。在超辐射制度，增强光学冷却的一个单一的振动模式是可能的，而集体增益制度将有可能使人们实现几乎无阈值的声子激光器的行动。阈值泵浦功率为1/N。
2014-10-21 quant-ph
Floquet Engineering of Non-Equilibrium Superradiance
我们证明了耗散Rabi-Dicke模型中出现的非平衡超辐射相。这个阶段的特点是由一个光子的稳定状态，振荡的频率接近腔频率，在Dicke模型中的平衡超辐射相的恒定的光子稳定状态。我们将这种超辐射相位与Floquet态的粒子数反转联系起来，通过引入腔中受驱动的两能级系统的Schwinger表示。这种反转在Floquet能量附近耗尽，Floquet能量与腔频率共振以维持相干光场。特别是，我们的模型适用于固体内的双带近似，其中的电子作为Schwinger费米子。我们建议使用这种Floquet辅助的超辐射相，以获得可控的光学增益的激光类操作。
2022-03-14 cond-mat.mes-hall quant-ph
Many-Body Phases of a Planar Bose-Einstein Condensate with Cavity-Induced Spin-Orbit Coupling
我们研究了具有腔介导动态自旋轨道耦合的二维玻色-爱因斯坦凝聚体的多体相。借助两个横向非干涉、反向传播的泵浦激光器和单个驻波腔模，量子气体的两个简并塞曼子能级以双- $Λ$ -配置进行拉曼耦合。超过一个临界泵浦强度的腔模式填充通过相干超辐射拉曼散射从两个泵浦激光器，导致出现的动态自旋轨道耦合的原子。我们确定了三个具有不同原子和光子特性的量子相：正常的“自旋螺旋”相，超辐射的“自旋螺旋”相和超辐射的“超固体自旋密度波”相。后者表现出一个出射的周期性原子密度分布与正交中心的矩形晶格结构，由于相干光子散射到谐振腔和碰撞诱导的动量耦合之间的相互作用。出射晶体的横向晶格间距由动态自旋轨道耦合决定。
2020-09-14 cond-mat.quant-gas quant-ph
Boundary-induced Phases in the Dissipative Dicke Lattice Model
本文研究少量格点耗散Dicke晶格模型，发现开放边界条件诱导出破缺平移对称性的超辐射相，而无限系统无此现象，凸显边界效应对稳态相的关键影响。
2025-08-14 quant-ph
Magnonic Superradiant Phase Transition
我们表明，低温相变在ErFeO 3中发生在一个临界温度为4 K，可以被描述为超辐射相变（SRPT）的磁振子版本。在量子光学SRPT中，光子的作用由Fe磁振子起，而二能级原子的作用由Er自旋起。我们的自旋模型，这是减少到一个扩展的Dicke模型，考虑到除了Fe磁振子介导的长程Er-Er相互作用的Er自旋之间的短程，直接交换相互作用。通过使用最近的太赫兹磁谱和磁化实验确定的现实参数，我们证明，这是合作，超强耦合的Er自旋和Fe磁振子之间的相变的原因。因此，这项工作证明了ErFeO 3是一个独特的系统，表现出SRPT在热平衡，与以前的观察激光驱动的非平衡SRPT。
2020-07-27 cond-mat.mtrl-sci physics.optics quant-ph
Superradiant phase transition in a large interacting driven atomic ensemble in free space
本文理论分析自由空间中强偶极相互作用大尺度驱动原子系综的超辐射相变条件，揭示赝自旋守恒与非守恒衰变分别导致二级与一级相变，并以反射到透射的突变及量子涨落为标志。
2024-05-01 cond-mat.quant-gas physics.atom-ph physics.optics
Dynamical Control of Order in a Cavity-BEC System
我们演示了通过周期性驱动泵浦激光来动态控制腔-BEC系统的超辐射跃迁。结果表明，超辐射态的优势密度波序可以被抑制，而玻色-爱因斯坦凝聚的次优势竞争序在稳态下出现。此外，我们表明，额外的，非平衡密度波订单，不存在于平衡，可以动态稳定。最后，对于强驱动，混沌动力学出现。
2018-10-12 cond-mat.quant-gas quant-ph
Superradiant Hybrid Quantum Devices
超辐射是典型的集体现象，其中辐射被发射器的相干性放大。它在光学中起着突出的作用，在那里它使激光器的设计具有大幅减少的线宽，量子力学，甚至用于解释宇宙学观测，如黑洞的霍金辐射。不同量子系统的杂交允许设计新的量子超材料，汇集各个系统的优点。超导电路耦合到自旋系综是有前途的未来集成量子器件的基石和超辐射将发挥突出的作用。因此，研究其在混合器件中的基本特性是重要的。在强耦合制度的实验表明，在这些系统中的振荡行为，但一个明确的签名迪克超辐射一直失踪至今。在这里，我们探讨超辐射的混合系统组成的超导谐振器在快速腔限制感应耦合到一个非均匀加宽的合奏氮空位（NV）中心。我们观察到一个超辐射脉冲被发射的速度比一个单独的NV中心的衰变快万亿倍。这是进一步证实了所发射的辐射强度相对于合奏大小的非线性缩放。我们的工作为包括固态超辐射脉泽在内的未来量子技术提供了基础。
2018-02-20 cond-mat.mes-hall physics.atom-ph quant-ph
Superradiant and Dark States in Non-Hermitian Plasmonic Antennas and Waveguides
本文研究了非厄米等离子体金属纳米球的一维结构。对于单个球，求解麦克斯韦方程会得到具有复量子化频率的准稳态本征模。为了研究更复杂的结构，采用了耦合模态理论。耦合模方程与控制开放量子系统的有效非厄米哈密顿量之间的相似性使我们能够将凝聚态和核物理中出现的一系列集体现象转化到等离子体球系统中。一个非平凡的物理出现作为相邻球体之间的强非辐射近场耦合的结果。对于两个相同球体的系统，这在未耦合球体的等离子体共振的宽度是耦合常数的虚部的两倍时发生。两个球体然后通过单个连续通道耦合，并且球体之间的相干相互作用的效果变得明显。系统的本征模分为两类：具有增强辐射的超辐射态和没有辐射的暗态。传输通过一维链与任意数量的领域也被认为是在有效的哈密顿框架，使我们能够计算可观的，如散射和传输振幅。这种纳米尺度的波导可以通过其与外部世界的耦合而经历额外的超辐射相变。结果表明，当超辐射条件得到满足时，完全透射发生。
2018-12-25 physics.optics quant-ph
Probing the quantum state of a guided atom laser pulse
我们描述了双色超辐射泵浦探测光谱作为一个分散粒子束的维格纳函数的层析探头。我们采用这种技术来表征超冷原子束的量子态，来自Rb-87玻色-爱因斯坦凝聚体，因为它在2.5 mm直径的圆波导中传播。我们的测量将上界置于由9（1）$\hbar$的300，000个原子束占据的纵向相空间面积上，并将下界置于相干长度上（L > 13微米）。这些结果与波导多轨道后的完全量子简并是一致的。
2006-06-07 cond-mat.soft quant-ph
Mollow triplet for cavity-mediated laser cooling
在这里，我们分析了腔介导的激光冷却的实验装置与外部陷阱，强烈限制在腔轴的方向上的粒子的运动。结果表明，由于系统哈密顿量中的原子-声子-光子直接耦合项，定态声子数随原子-腔失谐量的变化呈现三个尖锐的极小值。这些共振与激光驱动原子系统的共振荧光中的Mollow三重态具有相同的起源。结果表明，激光拉比频率依赖的原子腔失谐产生最低的定态声子数为一个广泛的实验参数。
2013-10-15 quant-ph
Stationary light pulses and narrowband light storage in a laser-cooled ensemble loaded into a hollow-core fiber
我们首次在空芯光子晶体光纤中观测到了稳定的光脉冲和窄带光存储。激光冷却的原子首先被装载到光纤芯中，提供强的光-物质耦合。然后，使用单个控制激光束将光脉冲存储在集体原子激发中。通过施加第二反向传播控制光束，可以使光脉冲停止。我们的工作为光子强关联多体系统的建立以及在量子信息处理领域的应用铺平了道路。
2016-06-09 physics.atom-ph quant-ph
Deterministic creation of stationary entangled states by dissipation
我们提出了一个实用的物理系统，在不使用环境工程技术的情况下，通过耗散来产生稳态纠缠。该系统由两个完全可区分的原子组成，通过它们显著不同的跃迁频率，只有一个原子由外部激光场寻址。我们表明，这种安排将很容易实现在实践中捕获的原子的距离等于四分之一波长的驻波激光场和定位的一个原子在一个节点和其他在连续的波的腹。原子之间的不希望的偶极-偶极相互作用，在这个小的距离上可能很大，通过原子的特定初始制备或通过原子偶极矩的特定极化被调节到零。按照这种安排，我们表明，耗散弛豫可以创建一个稳定的纠缠的需求，通过调谐激光场的拉比频率之间的差异原子跃迁频率。当激光场对原子进行修饰时，我们发现当被驱动原子的拉比边带的频率与未被驱动原子的频率调谐时，纠缠态出现。研究还发现，该系统表现为级联开放系统，其中来自修饰原子的荧光驱动另一个原子，没有反馈。
2010-11-16 quant-ph
Laser and Diffusion Driven Optimal Discrimination of Similar Quantum Systems in Resonator
本文研究在可变长度谐振器中利用压电换能器调控激光场，选择性制备相似量子系统的不同稳态，并结合质量差异导致的扩散速率不同实现粒子分离，为稳态气流扩散分布式系统的状态优化提供新方法。
2022-11-15 quant-ph
Universal fluctuations and squeezing in generalized Dicke model near the superradiant phase transition
鉴于近年来在非稳态或电感电容耦合超导量子比特、交叉场中的原子和具有自旋轨道相互作用的半导体异质结构等平台上实现各向异性光-物质相互作用的提议，旋转波项和反向旋转波项耦合强度不相等的广义Dicke模型的概念引起了人们极大的兴趣。对于这个模型，我们研究了当二能级系统的温度和数目都是有限时，正常到超辐射相变临界区的光子涨落。在这种情况下，超辐射量子相变改变为一个波动区域的相图，揭示了两种类型的临界行为。这些是Dicke模型（具有离散的$\mathbb{Z}_2$对称性）、（反）和Tavis-Cummings $U(1)$模型的区域。我们发现，在这些制度的光子凝聚体的压缩参数显示出不同的温度标度。此外，光子数的相对涨落具有普适性。我们还发现了一个温度标度，低于该温度标度接近零温度量子相变，其中量子涨落占主导地位。我们的有效理论是由非Goldstone的凝聚模式和Pauli算子的Majorana表示的泛函提供的。讨论了可积$U(1)$极限的Bethe渐近解.
2021-07-03 cond-mat.mes-hall cond-mat.quant-gas cond-mat.supr-con
Ultra Narrow Linewidth Frequency Reference via Measurement and Feedback
非常窄线宽光源的产生在现代科学中是非常重要的。其中一种光源是超辐射激光器，它依赖于由非相干光驱动的共同相互作用的超长寿命偶极子。在这里，我们讨论了一种不同的方式产生光谱纯光相干驱动这样的偶极子内的光学QED腔。离开腔的光携带关于驱动光和原子跃迁之间的失谐的信息，但也受到来自作用于组合的原子-腔系统的所有退相干过程的噪声的影响。我们计算这些影响，以获得基本限制的频率估计和稳定的输入光强度和原子-光相互作用强度的值的范围内，估计这些限制在国家的最先进的腔实验与碱土金属原子，并确定有利的操作条件。我们发现，可实现的线宽是可比的超辐射激光。
2023-02-22 physics.atom-ph quant-ph
