非马尔可夫非线性光子学中的驱动-耗散相与动力学
量子物理
2023-09-19 v1 光学
摘要
光子间的相互作用(非线性)实现了对光态的一种强力控制。这种控制已促成了诸如新波长光源、超短光脉冲、频率梳计量系统乃至量子光源等技术。多种非线性光学技术的共性是能量源(如外部激光)与耗散(如辐射损耗或吸收)之间的平衡。在绝大多数此类系统中，系统与外部世界(导致损耗)的耦合被很好地描述为“马尔可夫的”，意味着外部世界对其过去状态无记忆。本工作中，我们引入一类驱动-耗散系统，其中非线性腔体经历与外部世界的非马尔可夫耦合。在经典 regime，我们表明这些非马尔可夫腔体可具有极低的非线性效应阈值，以及THz速率的自脉冲不稳定性，和具有交替稳定与不稳定区的丰富相图。在量子 regime，我们展示了在尖端平台上实现的这些系统如何能产生强压缩腔态，其强度涨落可低于经典极限超过15 dB，而马尔可夫驱动-耗散腔体的极限为3 dB。在少光子非线性 regime，此类非马尔可夫腔体可实现生成高阶Fock态的确定性协议，这是长期渴求但在光频下仍难以获得的。我们预期，在未来利用非线性光学中的非马尔可夫耦合，应能为经典与量子光操控带来比此处讨论的更丰富的可能性。
引用
@article{arxiv.2309.09863,
title = {Driven-dissipative phases and dynamics in non-Markovian nonlinear photonics},
author = {Jamison Sloan and Nicholas Rivera and Marin Soljačić},
journal= {arXiv preprint arXiv:2309.09863},
year = {2023}
}