[论文解读] Recoil effects in single-photon scattering by a motional scatterer in one dimension

Qiong Li, Da Xu+2 more|arXiv (Cornell University)|Mar 6, 2013

Atomic and Subatomic Physics Research被引用 2

一句话总结

本文研究了单光子从一维谐振势中运动的两能级散射体散射时的反冲效应。通过将散射体建模为量子谐振子，研究发现，当阱势刚度降低或质量减轻时，声子激发增加，导致反射光谱出现多峰结构，偏离了单峰的Lamb-Dicke极限。

ABSTRACT

The scattering of a single photon with sufficiently high energy can cause a recoil of a motional scatterer. We study its backaction on the photon's coherent transport in one dimension by modeling the motional scatterer as a two-level system, which is trapped in a harmonic potential. While the reflection spectrum is of a single peak in the Lamb-Dicke limit, multi-peaks due to phonon excitations can be observed in the reflection spectrum as the trap becomes looser or the mass of the two-level system becomes smaller.

研究动机与目标

• 理解光子反冲如何影响一维系统中运动散射体的相干光子输运。
• 研究从Lamb-Dicke区域（单个反射峰）向因自由度运动而出现多个光谱峰的区域的转变。
• 将散射体建模为处于谐振势中的两能级系统，以捕捉反冲引起的声子激发。
• 确定由于动力学散射过程导致多峰反射光谱出现的条件。

提出的方法

• 将运动散射体建模为与一维光子 bath 耦合的两能级系统。
• 使用可调谐阱频率的谐振子哈密顿量来描述散射体的运动。
• 采用时变散射方法，描述包含反冲效应的光子反射与透射。
• 通过求解存在声子激发通道时的散射问题，计算反射光谱。
• 分析Lamb-Dicke极限（阱势较紧）与运动展宽增强区域的光谱响应。
• 识别反射光谱中多峰结构的出现，作为声子介导散射过程的特征。

实验结果

研究问题

• RQ1 光子反冲如何影响运动中的两能级散射体散射单光子的反射光谱？
• RQ2 在何种条件下，反射光谱会从单峰转变为多峰？
• RQ3 散射体运动中的声子激发在改变散射动力学中起什么作用？
• RQ4 阱势刚度或两能级系统的质量如何影响反射光谱的结构？

主要发现

• 在Lamb-Dicke极限下，散射体运动被强烈限制，反射光谱表现出单个峰值。
• 当阱势变松或两能级系统的质量减小时，声子激发变得显著，导致反射光谱中出现多峰结构。
• 多峰光谱结构的出现与光子散射过程中运动模式的激发直接相关。
• 随着运动自由度的增强，光谱复杂性增加，表明Lamb-Dicke极限下的标准微扰处理方法失效。