太赫兹频段中从物质到光的相干非谐性转移

光学非线性在多种光信息处理协议中具有基础性作用。然而，使用传统光学材料实现相位非线性所需的高激光强度，对少光子 regime 下的非线性光学构成挑战。我们引入一种红外腔量子电动力学（QED）方法，用于在反射装置中根据输入功率对单个太赫兹脉冲印加非线性相位偏移。利用仅几 μW 输入功率的飞秒脉冲，可实现量级为 $0.1\, \pi$ 的功率依赖相位偏移。所提方案涉及少量子带量子阱跃迁偶极子与红外谐振腔近场倏逝耦合。由于通过有效的偶极啁啾机制将光谱非谐性从材料偶极子动态转移到红外真空，使量子阱跃迁瞬时失谐于真空场，从而导致光子阻塞，场演化呈非线性。我们发展了描述印加非线性相位偏移对相关物理参数依赖关系的解析理论。对于一对量子阱偶极子，该相位控制方案对偶极跃迁频率与弛豫率的不均匀性表现出鲁棒性。基于 Lindblad 量子主方程的数值结果在材料偶极子被激发至第二激发流形的 regime 验证了该理论。与需要强光-物质相互作用的传统 QED 相位控制方案不同，所提相位非线性在弱耦合下效果最佳，提升了利用当前纳米光子技术实现实验的前景。