激光修饰固体光吸收中的 Floquet 理论及计算方法

激光技术的最新进展使得通过强光-物质相互作用来调控物质的电子结构成为可能。然而，这些激光修饰非平衡材料的有效物理化学性质尚不清晰。本文发展了一种通用理论，使得现在能够对任意强度和光子能量光修饰下的固体线性光学吸收进行建模与解释。该理论适用于任何晶体固体和量子材料。在该理论中，驱动激光对 Bloch 电子的修饰通过 Floquet 理论被精确处理。该激光修饰材料的有效光学性质通过一束弱激光进行探测，其效应在微扰论的一阶中被捕获。值得注意的是，在这一非平衡系统中，具有时间和空间周期性的 Floquet-Bloch 模式扮演着物质原始本征态的角色，光学吸收被视为源于它们之间的跃迁。我们将该理论框架实现为一个可通过 Github 获取的代码 FloqticS（Floquet optics in Solids）。为隔离涌现的现象学，我们在一个由强非共振光驱动、具有余弦形晶格势的模型固体中进行了计算。计算恢复了动力学 Franz-Keldysh 效应，并识别出随着驱动激光振幅增大光学吸收中新颖的剧烈变化。Floquet 复制态打开了以驱动光子能量整数倍分隔的吸收边带。Floquet-Bloch 模式的杂化产生了强烈的低频吸收和受激发射，以及吸收谱中的凹陷。我们将这些涌现效应归结为 Floquet-Bloch 模式的纯光学特征标志。这些进展可用于建模、控制和表征激光修饰材料的响应特性。