[論文レビュー] Sidebands shifts and induced sidebands in rf-dressed Rydberg systems

Монсит Танаситтикосол, R. M. Potvliege|arXiv (Cornell University)|Jun 26, 2012

Cold Atom Physics and Bose-Einstein Condensates被引用数 3

ひとこと要約

本稿は、フロケ理論と光学ブロッホ方程式を用いて、rfドレッシングされたラビッツ系におけるサイドバンドシフトおよび誘導サイドバンドを調査する。強いカップリング場を有する3準位ラダー系では、中間準位が上位準位のフロケ多様体と結合することで、追加のサイドバンドが生成され、標準的なN準位近似が破綻し、摂動的予測を超える非自明なスペクトルシフトおよび強度変化が明らかになる。

ABSTRACT

The effect of an ac modulation on a 2-level or 3-level system is studied theoretically. The absorption spectrum is calculated by solving the optical Bloch equations and is interpreted by reference to the Floquet quasienergy spectrum. The dependence of the absorption sidebands on the intensity of the coupling laser field in Rydberg systems submitted to a radio-frequency (rf) field is analysed in detail. It is shown that for sufficiently strong coupling fields additional sidebands appear in the probe absorption spectrum in ladder 3-level systems. These additional sidebands are induced by the coupling of the intermediate state to the Floquet manifold spawned by the upper state under rf modulation.

研究の動機と目的

• rf駆動によるスターリング変調がラビッツ系の吸収スペクトルに与える影響を分析すること、特に電磁誘導透過（EIT）の文脈において。
• 極めて低い極性を持つ準位のサイドバンド構造を無視する標準的なN準位近似が、交流変調された原子系においてどのような条件下で失敗するかを特定すること。
• 3準位ラダー系において、中間準位と上位準位のフロケ多様体との結合によって生じる誘導サイドバンドの出現を調査すること。
• N準位近似の予測と、光学ブロッホ方程式の正確解およびフロケ準エネルギー準位の比較を行うこと。
• 強いコントロール場下で、スペクトル特徴が顕著にシフトする、またはEITディップから吸収ピークに変化するパラメータ領域を特定すること。

提案手法

• rf変調下における2準位および3準位系の光学ブロッホ方程式を解き、プローブ吸収スペクトルを計算する。
• フロケ理論を適用して、系の準エネルギー準位スペクトルを導出し、サイドバンド構造および準位クロスイングの解析を可能にする。
• 強いカップリング場が存在する際の単純なサイドバンドスケーリングからの逸脱を扱うために、ヴァン・ヴレック摂動理論を用いる。
• N準位近似（上位準位の多様体のみを考慮）と、すべての準位のサイドバンド構造を含む正確解との比較を行う。
• 光学ブロッホ方程式に、中間準位のサイドバンドシフトを補正するための修正ハミルトニアンを導入し、正確解との一致を向上させる。
• コントロールRabi周波数、rf周波数、スターリングシフトパラメータを関数として、EITディップおよびサイドバンドのプローブ周波数オフセット依存性を分析する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 強いコントロール場を有するrfドレッシングラビッツ系において、N準位近似がどのような条件下で破綻するか。
• RQ2 中間準位が上位準位のフロケ多様体と結合することで、EITスペクトルにおけるサイドバンドシフトはどのように生じるか。
• RQ3 コントロール場Rabi周波数が、吸収サイドバンドの位置および強度をどのように変化させるか。
• RQ4 コントロール場強度が摂動的領域を超えて増加する際、EITディップから吸収ピークへのスペクトル進化はどのように進行するか。
• RQ5 強いカップリング領域において、N準位近似をどの程度修正すれば、サイドバンド位置を正確に予測できるか。

主な発見

• |Ω_c J₀(Σ_c / 2ω_rf)| ≈ 2ω_rf のとき、N準位近似はサイドバンドシフトを正確に予測できない。この場合、シフト量が約半分に低減される。
• |Ω_c J₀(Σ_c / 2ω_rf)| ≫ 2ω_rf のとき、中間準位のフロケ多様体をモデルに含めない限り、N準位近似は完全に破綻する。
• 3準位ラダー系のプローブ吸収スペクトルに、中間準位が上位準位のフロケ多様体と結合することで、追加の誘導サイドバンドが現れる。特に、高いコントロールRabi周波数下で顕著に現れる。
• 弱いカップリング領域では、隣接するEITディップ間の間隔は 2ω_rf k_p / k_c であるが、Ω_c が増加するに従い、Ω_c に依存する δ_n補正によりこの間隔が変化する。
• |Ω_c| が増加するに従い、吸収スペクトルは鋭いEITディップの系列から鋭い吸収ピークに変化し、系の応答が定性的に変化することが示唆される。
• 中間準位のサイドバンド構造を含めることでN準位近似を補正することで、正確解との一致が回復され、強いカップリング下ですべての準位の多様体構造を考慮する必要があることが検証された。