原子间相互作用对二能级原子协同弛豫的影响

我们研究直接原子间相互作用对原子-光子动力学中协同过程的影响。以具有 Ising 型相互作用的二能级原子模型为例，表明粒子间相互作用与原子-场耦合相结合可引入额外的原子间关联，充当相位同步因子。对于弱相互作用原子 $J<\hbar\omega_0$ 的情形，其中 $J$ 为粒子间耦合常数、$\omega_0$ 为原子频率，在 Born-Markov 近似下通过数值和平均场近似分析了原子的协同弛豫动力学机制。我们表明由直接相互作用诱导的粒子间关联导致非相干自发衰减的抑制，从而进入本质上不同于超辐射的集体脉冲弛豫机制。对于超辐射跃迁，发现原子间相互作用的同步效应表现为对超辐射的增强。当相互作用强且 $J>\hbar\omega_0$ 时，单粒子单光子跃迁被排除，并发生向多光子弛豫机制的跃迁。利用高-Q 单模腔中双原子的简单模型，我们表明这种跃迁伴随着涉及多原子多光子态的 Rabi 振荡。讨论了偶极-偶极相互作用的退相干效应与弛豫的孤子机制。