[論文レビュー] Coherent population trapping in a dressed two-level atom via a bichromatic field

Peng Li, Qun Zhang+2 more|ArXiv.org|Aug 14, 2008

Quantum optics and atomic interactions参考文献 33被引用数 3

ひとこと要約

本稿では、強い単色場と弱い二色性場によって駆動される二準位原子におけるドレッシング状態のコherentな集積捕捉（DSCPT）を提案する。量子干渉を介してドレッシング状態の集積を制御可能であり、その主要な結果として補助状態からの蛍光が鋭く抑制されることを示し、精密なラビ周波数測定、予期しない集積反転、およびインヴァージョンなしのレーザー発振への応用を有する、原子系を操作するための新規メカニズムを実証する。

ABSTRACT

We show theoretically that by applying a bichromatic electromagnetic field, the dressed states of a monochromatically driven two-level atom can be pumped into a coherent superposition termed as dressed-state coherent population trapping. Such effect can be viewed as a new doorknob to manipulate a two-level system via its control over dressed-state populations. Application of this effect in the precision measurement of Rabi frequency, the unexpected population inversion and lasing without inversion are discussed to demonstrate such controllability.

研究の動機と目的

• 単色場で駆動される二準位原子のドレッシング状態基底におけるコherentな集積捕捉を実証し、通常のCPTを真の原子状態を超えて拡張する。
• 二色性駆動が量子干渉を通じてドレッシング状態の集積をどのように制御可能にするかを調査する。
• DSCPTを応用し、ラビ周波数測定の高精度化を図るとともに、集積反転およびインヴァージョンなしのレーザー発振のための新規メカニズムを明らかにする。
• 縮退した二準位原子またはゼーマン準位分製数系における既存のCPTメカニズムとDSCPTを区別する。

提案手法

• 強い単色場が|2⟩–|3⟩遷移を駆動するV型三準位原子をモデル化し、弱い二色性場が|1⟩–|3⟩遷移を駆動する。
• ドレッシング原子像を用いて系を記述し、強い場駆動部分系の固有状態としてドレッシング状態|S⟩と|T⟩を特定する。
• 二色性場を導入し、二つのドレッシング状態を補助状態に結合させ、ドレッシング状態マニフォールド内でのコherentな集積捕捉を可能にする。
• マスター方程式の形式を用いてダイナミクスと蛍光抑制をシミュレートし、DSCPT効果を検証する。
• 回転波近似を適用し、ドレッシング状態基底における遷移経路間の破壊的干渉の条件を導出する。
• Rabiサイドバンドやプローブ増幅/吸収プロファイルなどのスペクトル的特徴を分析し、DSCPTに起因する効果を特徴付ける。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 単色場で駆動される二準位原子のドレッシング状態基底内にコherentな集積捕捉を実現できるか？
• RQ2 二色性場がドレッシング状態間のコherentな重ね合わせをどのように誘導し、集積捕捉を引き起こすか？
• RQ3 DSCPTがラビ周波数測定の高精度化に与える影響は何か？
• RQ4 DSCPTは駆動される二準位系において予期しない集積反転を引き起こすことができるか？
• RQ5 DSCPTは、隠れた反転を伴う・伴わない両方の状況において、インヴァージョンなしのレーザー発振の新たな領域をどのように可能にするか？

主な発見

• 二色性場を介したドレッシング状態のコherentな集積捕捉（DSCPT）が実現され、補助状態からの蛍光が鋭く抑制されることで、ドレッシング状態基底におけるダーク状態の形成が確認された。
• DSCPTの効率は二準位原子の自発的放出率に制限され、デコherenceが駆動ラビ周波数より遅い限り、コherenceが維持される。
• DSCPTにより、ドレッシング状態のコherentな重ね合わせに系を安定化させることで、ラビ周波数測定の精度が向上する。
• DSCPTに起因する集積反転は、ドレッシング状態集積のコherent制御の極限としての動的誘導的不可逆性を説明する。
• DSCPTは、隠れた反転を伴う・伴わない両方の状況でインヴァージョンなしのレーザー発振を可能にする：共振時に隠れた反転による増幅は強化され、対称的である一方、隠れた反転を伴わない増幅は外側のRabiサイドバンドに現れる。
• 数値的シミュレーションにより、ドレッシング状態のコherence度が高まるに従い、増幅プロファイルに滑らかな遷移が観察され、コherence制御による可変増幅が可能であることが示された。