从纳米激光器到宏观激光器的相干建立与激光阈值

我们详述了包含相干与非相干变量并预测激光阈值存在的纳米激光器模型推导，该阈值与腔尺寸和发射体数量无关，对单电子与多电子系统均成立。激光模式中光子数的增长由吸收与发射过程间关联增强驱动，导致自持受激发射的出现（激光阈值），随后关联减弱并最终由相干发射主导。一阶相干 $g^{(1)}$ 随泵浦向激光阈值增长而稳步上升，并在阈值处或超越阈值时达到 unity。随着发射体及耦合电磁腔模数量增加，向相干发射的转变更趋尖锐，在热力学极限下连续地连通了阈值处纳米与宏观激光器的物理。我们的预测与实验惊人吻合，其后者的首阶相干测量迄今仅被现象学解释。对不同阈值指标的一致评估为正确解读激光作用起始处的实验测量提供了工具。