等离子体纳米结构附近四能级量子系统中非线性光学现象与空间结构光学效应的调控
量子物理
2020-04-27 v1
摘要
我们研究了一个四能级双 V 型量子系统位于金属包覆介电纳米球二维阵列附近、与一对弱探测场相互作用时的非线性光学响应。该量子系统包含一个与表面等离激元相互作用的 V 型子系统，以及另一个与自由空间真空相互作用的 V 型子系统。所提装置的一个显著特征是当置于等离子体纳米结构附近时，其对施加场的相对相位敏感。我们证明，由于等离子体纳米结构的存在，当另一探测场作用时，其中一个激光场的三阶（Kerr 型）极化率可被显著修正。此外，系统的 Kerr 非线性可通过改变量子系统距等离子体纳米结构的距离加以调控甚至增强。我们还表明，此类系统的 Kerr 非线性可通过调节施加场的相对相位来调控。所得结果可能在片上纳米尺度光子器件中有潜在应用。我们还研究了其中一个探测场携带光学涡旋而另一探测场无涡旋时的光-物质相互作用。我们证明，由于闭环双 V 型量子系统的相位敏感性，非涡旋探测光束的线性与非线性极化率依赖于涡旋探测光束的方位角与轨道角动量（OAM）。这一特征在自由空间真空相互作用的开环四能级双 V 型量子系统中不存在，因为此时不发生量子干涉。我们利用量子系统光学极化率的方位角依赖性来确定空间结构透射率区域。
引用
@article{arxiv.2004.11891,
title = {Control of nonlinear optical phenomena and spatially structured optical effects in a four-level quantum system near a plasmonic nanostructure},
author = {Hamid Reza Hamedi and Vassilios Yannopapas and Emmanuel Paspalakis},
journal= {arXiv preprint arXiv:2004.11891},
year = {2020}
}