稠密光子气体中的负绝对温度吸引子
光学
2025-05-28 v1
摘要
统计力学能够将物质的宏观性质与其微观 constituents 演化的规律联系起来。这种方法对于受经典力学或量子力学支配的粒子系统非常成功。在经典气体中，理想气体或真实气体的弱相互作用或强相互作用粒子分别适用不同的热力学定律。在这里，我们证明了对于包含在有限维盒（如多模波导）中的光子气体，也会出现类似的情况。我们使用由在截止频率以下运行的标准阶跃折射率光纤提供的少模系统，这使得制备高密度光子气体成为可能。我们表明，由于非线性 Kerr 效应诱导的对光子能量的吸引势能贡献，随着输入激光束功率的增大，模式粒子数表现出从基模到最高阶模的自发反转。这种模式功率分布的反转导致输出光束存在一个稳定吸引子，并伴随着光学温度的逐渐升高，直到其符号翻转导致一种新的负绝对温度状态。我们的工作展示了对激光束形状进行全光控制的能力，这是高功率激光源、非线性成像和光通信系统应用的先决条件。
引用
@article{arxiv.2505.21163,
title = {Negative absolute temperature attractor in a dense photon gas},
author = {M. Ferraro and F. Mangini and K. Stefanska and W. A. Gemechu and F. Frezza and V. Couderc and M. Gervaziev and D. Kharenko and S. Babin and S. Wabnitz},
journal= {arXiv preprint arXiv:2505.21163},
year = {2025}
}