利用具有宇称-时间反演对称的多能级原子气体 实现光的主动操控

发布日期: 2020-03-07   作者:  浏览次数: 198

    近些年来,非厄米量子力学引起了科学界的极大重视。特别是宇称-时间(Parity-timePT)反演对称条件下的非厄米哈密顿量体系可支持全实的本征谱,极大的拓宽了目前的量子力学框架,激发了人们对非厄密量子场论、开放量子系统等诸多前沿问题的研究。由于麦克斯韦方程与薛定谔方程在数学上的相似性,通过光学势场模拟,光学系统可以实现等效的具有PT 对称的非厄密哈密顿量。因此,许多新颖的非厄米量子物理现象首先在光学系统上被发现,这也极大地推动了非厄米光学的发展,并用于单模激光器、完美激光吸收器、非互易光学结构等重大应用。

        最近几年,实验室黄国翔课题组致力于具有PT 对称的多能级原子气体中光的主动操控方面的研究。他们考虑四能级里德堡原子气体,通过调节入射到原子气体中的控制光和耦合光的空间分布,使原子气体的光学势满足PT 对称。与此同时,处于里德堡态的原子之间具有很强的非局域相互作用,可导致很强的非局域光学非线性(比普通原子气体高几个数量级)。通过调节光学势的虚部(描写原子气体的吸收或增益)以及非线性的强度和非局域度,他们实现了里德堡原子气体中PT 相变的主动操控。此外,他们还研究了里德堡原子气体中由于PT 对称光学势引起的光的非线性散射,以及由于PT 对称电磁诱导光栅引起的光的非线性衍射。他们发现体系在PT 对称条件下,光的非线性散射和衍射都具有显著的非对称性,且非对称性程度依赖于光学势和电磁诱导光栅的虚部以及非线性的非局域度,也可被主动操控。该研究为利用具有PT 对称的多能级原子气体实现光的主动操控提供了新思路和新方法。相关研究成果发表在 Physical Review A 99, 043832 (2019) Physical Review A 100, 043807 (2019) 上。


1.(a) 四能级里德堡原子气体的能级结构以及探测、控制、耦合激光场;(b)由于PT 对称电磁诱导光栅引起的光的非线性衍射[该图片来自Physical Review A 100, 043807 (2019)]