[论文解读] 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 3

一句话总结

本文利用弗洛quet理论和光学布洛赫方程，研究了射频驱动的里德堡系统中的边带频移和诱导边带。结果表明，在三能级级联系统中，强耦合场通过将中间态与上能级的弗洛quet布居面耦合，产生额外的边带，导致标准的N能级近似失效，并揭示了超出微扰理论预测的非平凡光谱频移和强度变化。

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.

研究动机与目标

• 分析强射频驱动斯塔克调制对里德堡系统吸收谱的影响，特别是在电磁诱导透明（EIT）背景下的表现。
• 确定标准N能级近似（忽略极化率较低态的边带结构）在交流调制原子系统中失效的条件。
• 研究在三能级级联系统中，由于中间态与上能级弗洛quet布居面的耦合而产生的诱导边带的出现机制。
• 将N能级近似的预测与光学布洛赫方程的精确解及弗洛quet准能谱进行比较。
• 确定参数区域，在该区域内光谱特征发生显著频移，或在强控制场作用下，EIT深谷转变为吸收峰。

提出的方法

• 求解射频调制下两能级和三能级系统的光学布洛赫方程，以计算探测吸收谱。
• 应用弗洛quet理论推导系统的准能谱，从而实现对边带结构和能级交叉的分析。
• 使用范维克微扰理论，以考虑强耦合场存在下偏离简单边带缩放规律的情况。
• 将仅考虑上能级布居面的N能级近似，与包含所有态边带结构的精确解进行比较。
• 在光学布洛赫方程中引入修正哈密顿量，以考虑中间态的边带频移，从而提高与精确结果的一致性。
• 分析EIT深谷和边带的探测失谐依赖性，作为控制拉比频率、射频频率和斯塔克移位参数的函数。

实验结果

研究问题

• RQ1 在强控制场作用下，N能级近似在射频驱动的里德堡系统中于何种条件下失效？
• RQ2 中间态与上能级弗洛quet布居面的耦合如何导致EIT谱中的边带频移？
• RQ3 控制场拉比频率在调节吸收边带位置和强度方面起什么作用？
• RQ4 当控制场强度超过微扰区域后，光谱如何从EIT深谷演变为吸收峰？
• RQ5 在强耦合区域，N能级近似在多大程度上可通过修正以准确预测边带位置？

主要发现

• 当 |Ω_c J₀(Σ_c / 2ω_rf)| ≈ 2ω_rf 时，N能级近似无法准确预测边带频移，其频移量被低估约一半。
• 当 |Ω_c J₀(Σ_c / 2ω_rf)| ≫ 2ω_rf 时，除非在模型中包含中间态的弗洛quet布居面，否则N能级近似完全失效。
• 在三能级级联系统的探测吸收谱中，由于中间态与上能级弗洛quet布居面的耦合，出现了额外的诱导边带，尤其在高控制拉比频率下更为显著。
• 在弱耦合区域，相邻EIT深谷的间距为 2ω_rf k_p / k_c，但随着 Ω_c 增大，该间距因 Ω_c 依赖的 δ_n 修正而发生偏移。
• 随着 |Ω_c| 增大，吸收谱从一系列尖锐的EIT深谷演变为尖锐的吸收峰，表明系统响应发生定性变化。
• 通过在N能级近似中引入中间态的边带结构，可使预测结果与精确解重新一致，验证了在强耦合下必须考虑所有态的布居面结构。