锶原子阵列的光学磁性与波前调控

通过分析电子跃迁参数，我们展示了如何将平面光晶格中的玻色型 Sr 原子设计为展现光学磁性及其他可用于入射光波前调控的高阶电磁多极子。对于 $^3D_1\rightarrow {^3}P_0$ 跃迁的共振 $\lambda\simeq 2.6\mu$m 光在原子被囚禁于深亚波长光晶格中时介导原子间的协同相互作用。随后原子展现出集体激发本征模式，例如在光频处具有强协同磁响应，尽管单个原子与光的磁场分量耦合可忽略。我们提供了利用此类由电磁多极子阵列构成的协同模式激发来形成原子惠更斯面（具有透射光完整 $2\pi$ 相位调控且几乎无反射，可实现近乎任意波前整形）的详细方案。在数值示例中，这通过用非共振 ${^3P}_J\rightarrow {^3D}_1$ 跃迁控制 Sr 的原子能级移动来实现，从而导致电偶极子与电四极子或磁偶极子阵列的同时激发。我们通过将高斯光束拓扑非平庸地转变为包含单一截面上所有可能偏振的庞加莱光束，实现了 Sr 阵列的波前工程，即入射光束的偏转与透射光中 baby-Skyrmion 织构的生成。