基于原子序列传输实现连续超辐射激光操作框架

本文对支持在 FEMTO-ST 实验实现的连续超辐射激光进行理论研究，采用两个通过 Fabry-Perot 腔体耦合的 ${}^{171}\mathrm{Yb}$ 原子序列发射 ensemble。运用开放量子系统方法，在最简单情况下，我们识别出激光在数十皮瓦特功率、亚百赫兹线宽下运行的参数空间。研究不均匀频率展宽和原子-腔体耦合变化对超辐射发射的影响时，我们发现激光属性对此类扰动具有鲁棒性，这归功于原子偶极子同步现象的出现。随后我们考虑两种配置，其中每种位置的原子均等耦合到腔体且具有相同的色散，但两个 ensemble 的值不同。我们发现对于平衡和不平衡的原子数，同步在一定参数空间内导致出现单一窄谱线，其中心频率遵循加权平均频率。这一结果表明，序列装载可为需要特定稳定性的测量应用实现持续超辐射发射，前提是控制两个 ensemble 的相对频率至目标稳定性所需的水平。