耦合有损与增益谐振器的量子化准正则模理论
量子物理
2022-02-16 v1 介观与纳米尺度物理
光学
摘要
在存在任意三维线性介质且具材料损耗与增益的情况下，我们提出了准正则模（QNMs）的电磁场量子化方案，扩展了先前针对有损介质的工作 [Franke 等, Phys. Rev. Lett. 122, 213901 (2019)]。应用对称化变换，我们展示了构造 QNM 光子 Fock 空间的两种根本不同方式，包括 (i) 对增益与损耗分别采用独立算符基，以及 (ii) 将损耗与增益自由度合并为单一基。这些 QNM 算符基随后被用于推导相关的 QNM 主方程，包括与量子发射极的相互作用，后者建模为量子化二能级系统（TLS）。我们接着比较两种不同量子化方法，并展示常用于增益-损耗谐振器中光量子化的唯象方法如何被若干重要方面所修正，例如通过严格处理耗散模层面的损耗与增益而出现的损耗诱导与增益诱导的模间耦合。针对以开放边界条件经典 Maxwell 方程完全一致建模的特定谐振器设计，我们给出了弱相互作用于增益-损耗微盘谐振器系统中介质辅助场的 TLS 量子参数与可观测量的数值结果，并讨论了不同量子化方法在若干增益-损耗参数 regime 下的有效性。
引用
@article{arxiv.2109.14967,
title = {Quantized quasinormal mode theory of coupled lossy and amplifying resonators},
author = {Sebastian Franke and Juanjuan Ren and Stephen Hughes},
journal= {arXiv preprint arXiv:2109.14967},
year = {2022}
}
备注
44 pages, 7 figures