脉冲光驱动受激辐射的精确计算

受激辐射可定义为：当入射光子刺激原子从同一电磁模式向撞击光子所在的模式释放额外一份能量量子时发生的过程。因此，两个出射光子是全同的。在波导或自由空间中，这一直觉通常通过费米黄金规则得到，然而这并未恰当考虑光子的波动性。在此，我给出了量子二能级原子受激辐射的精确解，该解恰当考虑了入射与出射电磁模式。此结果在极宽的入射光子数范围内均成立。对于单个入射光子，它展示了光子必须恰当与二能级系统模式匹配才能引起受激辐射。对于大光子数福克态驱动，精确解展示了二能级系统如何随行进的福克模式经过而发生拉比振荡。此外，我利用同一形式体系表明，相干脉冲的受激辐射不能被理解为有额外光子发射进入入射相干态，因为二能级系统的态与电磁场的相干态因子化。超导电路的最新进展使其成为检验这些预言的理想平台。