超越低光强极限的原子链光学响应：线性经典振子模型的有效性

受弱相干入射光作用的原子可被视为耦合的经典线性振子，支持亚辐射和超辐射的集体激发本征模。我们通过求解囚禁原子链相干与非相干散射的量子多体主方程，确定了这一\emph{线性经典振子模型}在驱动光强增加时的有效性极限。我们表明，与线性经典振子模型的偏离敏感地依赖于光激发的集体本征模的共振线宽 $\upsilon_\alpha$，发生显著偏离的光强按 $\upsilon_\alpha$ 的幂律缩放。因而对于亚辐射集体激发，线性经典振子模型在比超辐射激发低得多的光强下便不再准确；以七原子系统为例，两种情况下临界入射光强相差达 30 倍。通过逐个激发本征模，我们发现该临界光强对于更窄共振和更强相互作用系统具有 $\upsilon_\alpha^{2.5}$ 的缩放，而对于更宽共振以及偶极-偶极相互作用减弱时趋近于 $\upsilon_\alpha^3$ 缩放。$\upsilon_\alpha^3$ 缩放也对应于忽略原子间量子涨落的半经典结果。我们研究了完美模式匹配驱动与驻波驱动两种情况，两者间的显著差异仅出现在极亚辐射模和 Fano 共振位置。