原子系综中超越弱场激发的光散射特性

在研究大原子系统光学特性时，常假设弱激光驱动以通过线性耦合方程简化系统动力学。此处，我们通过累积量展开方法研究原子系综在超越弱场激发下的光散射特性。通过将高阶关联逐步纳入稳态方程，相较于求解完整密度矩阵得到的精确解，可实现更高的精度。我们的分析表明，在弱偶极-偶极相互作用（DDI）情形下，一阶展开对光学深度给出令人满意的预测，而更稠密的原子构型需考虑高阶关联。随着入射光强增加，原子饱和效应变得显著，引起光透明度、能量移动和衰减率的显著变化。该饱和现象甚至延伸至亚辐射原子阵列在弱驱动条件下，导致与线性模型的严重偏离。我们的发现表明，平均场模型作为线性模型的良好扩展，因其在精度与计算复杂度间取得平衡。然而，高阶累积量在大型稠密原子系统中的关键作用仍不清楚，因为此类光-物质相互作用系统的希尔伯特空间呈指数增长，在理论上具有挑战性。