基于氮空位中心自旋的超辐射微波激射器

近期的实验已在微波谐振腔中展示了带负电的氮空位（$\mathrm{NV}^{-}$）中心自旋的拉比振荡、超辐射脉冲与受激辐射。这些现象证明了在光学频段观测超辐射激光所必需的那种集体强耦合。在本文中，我们研究利用集体 $\mathrm{NV}^{-}$ 自旋系综与微波场中均存在的相干性来实现超辐射微波激射器（maser）的可能性。我们的计算表明，在低温下对超过 $10^{14}$ 个自旋进行中等千赫兹非相干泵浦，可实现线宽低于毫赫兹的超辐射微波激射器。我们表明超辐射微波激射在存在非均匀展宽时依然成立，并给出该现象对各种物理参数依赖关系的数值与解析研究。