光学腔中铷原子超辐射 Raman 散射的理论研究

实验 [Nature 484, 78 (2012)] 探索了铷原子的超辐射 Raman 散射，以证明超辐射激光的概念，由于预期其超窄线宽可低至毫赫兹，该概念在量子计量学中引起了广泛关注。为了更好地理解该实验涉及的物理过程，我们发展了一种量子主方程理论，将铷原子视为三能级系统，并将其与缀饰激光和光学腔相耦合。我们的模拟显示了在交叉和强耦合区域内的系统具有不同的超辐射 Raman 散射脉冲，以及稳态 Raman 散射的频移和展宽光谱。因此，我们的研究为超辐射 Raman 散射脉冲提供了统一视角，并对实验中观察到的稳态 Raman 散射的展宽光谱给出了另一种解释。未来，我们的理论可容易地应用于研究依赖超辐射 Raman 散射的其他有趣现象，例如磁场传感、量子相位的实时跟踪、非平衡动力学的 Dicke 相变等。