Atom-photon cluster in nonlinear and quantum optics

Cover Page

Cite item

Full Text

Open Access Open Access
Restricted Access Access granted
Restricted Access Subscription Access

Abstract

We described the constructed models of radiative quantum systems analogous of multiphoton and Raman resonances of classical field quanta on an atomic system with the participation of resonator mode quanta. A distinctive feature of the models is the possibility to describe an atomic ensemble and quanta using either the generators of polynomial algebra or the two-mode Jordan-Schwinger representation of the su(2) algebra, that could point to atomic-photon and/or photon clusters. The algebras are arising that are mathematically insoluble, in contrast to the Heisenberg — Weyl algebra, which makes it possible to implement and observe fundamental effects of coherent nonlinear optics, such as photon echo, optical nutation, and superradiance in ensembles of the described clusters.

Full Text

Restricted Access

About the authors

A. M. Basharov

Kurchatov Institute

Author for correspondence.
Email: basharov@gmail.com
Russian Federation, Moscow

References

  1. Бутылкин В.С., Каплан А.Е., Хронопуло Ю.Г., Якубович Е.И. Резонансные взаимодействия света с веществом. М.: Наука, 1977. 350 с.
  2. Мандель Л., Вольф Э. Оптическая когерентность и квантовая оптика, М.: Физматлит, 2000. 896 с.
  3. Скалли М.О., Зубайри М.С. Квантовая оптика. М.: Физматлит, 2003. 512 с.
  4. Шляйх В.П. Квантовая оптика в фазовом пространстве. М.: Физматлит, 2005. 760 с.
  5. Maimistov A.I., Basharov A.M. Nonlinear optical waves, Dordrecht, Kluwer Academic, 1999. 650 p.
  6. Крылов Н.М., Боголюбов Н.Н. Введение в нелинейную механику. М.: РХД, 2004. 352 с.
  7. Боголюбов Н.Н., Митропольский Ю.А. Асимптотические методы в теории нелинейных колебаний. М.: Наука, 1974. 410 с.
  8. Bogaevski V.N., Povzner A. Algebraic methods in nonlinear perturbation theory. Springer, 1991.
  9. Башаров А.М. // ЖЭТФ. 2020. Т. 158. № 5. С. 978; Basharov A.M. // JETP. 2020. V. 131. No. 5. P. 853.
  10. Башаров А.М. Фотоника. Метод унитарного преобразования в нелинейной оптике. М.: МИФИ, 1990. 108 с.
  11. Исаев А.П., Рубаков В.А. Теория групп и симметрий. М.: URSS, 2018. 504 с.
  12. Копвиллем У.Х., Пранц С.В. Поляризационное эхо. М.: Наука, 1985. 192 с.
  13. Алексеев А.И., Башаров А.М. // Изв. АН СССР. Сер. физ. 1982. Т. 46. С. 557.
  14. Моисеев С.А., Перминов Н.C. // Письма в ЖЭТФ. 2020. Т. 111. С. 602; Moiseev S.A., Perminov N.S. // JETP Lett. 2020. V. 111. P. 500.
  15. Моисеев С.А., Перминов Н.C., Желтиков А.М. // Письма в ЖЭТФ. 2022. Т. 115. № 5-6. С. 353; Moiseev S.A., Perminov N.S., Zheltikov A.M. // JETP Lett. 2022. V. 115. No. 6. P. 318.
  16. Dutra S.M. Cavity quantum electrodynamics: the strange theory of light in a box. N.Y.: J. Wiley, 2005. 389 p.
  17. Krantz P., Kjaergaard M., Yan F. et al. // Appl. Phys. Rev. 2019. V. 6. No. 2. P. 21318.
  18. Gu X., Kockum A., Miranowicz A. et al. // Phys. Reports. 2017. V. 718-719. P. 1.
  19. Basharov A.M. // Phys. Rev. A 2011. V. 84. Art. No. 013801.
  20. Cohen-Tannoudji C., Dupont-Roc J., Grynberg G. Photons and atoms. Introduction to quantum electrodynamics. N.Y.: J. Wiley, 1997. 488 p.
  21. Трубилко А.И., Башаров А.М. // Письма в ЖЭТФ. 2019. Т. 110. № 7-8. С. 505; Trubilko A.I., Basharov A.M. // JETP Lett. 2019. V. 110. No. 7. P. 517.
  22. Basharov A.M. // J. Phys. Conf. Ser. 2021. V. 1890. Art. No. 012001.
  23. Карасев В.П. // ТМФ. 1993. Т. 95. № 1. С. 3; Karasev V.P. // Theor. Math. Phys. 1993. V. 95. No. 1. P. 367.
  24. Vadeiko I.P., Miroshnichenko G.P., Rybin A.V., Timonen J. // Phys. Rev. A. 2003. V. 67. Art. No. 053808.
  25. Башаров А.М. // ЖЭТФ. 2010. Т. 137. С. 1090; Basharov A.M. // JETP. 2010. V. 110. P. 951.
  26. Башаров А.М. // Изв. РАН. Сер. физ. 2011. Т. 75. № 2. С. 176; Basharov A.M. // Bull. Russ. Acad. Sci. Phys. 2011. V. 75. No. 2. P. 161.
  27. Башаров А.М. // Учен. зап. КГУ. Сер. физ.-мат. науки. 2010. Т. 152. № 3. С. 43.
  28. Teretenkov A.E. // Math. Notes. 2022. V.112. No. 2. P. 318.
  29. Teretenkov A.E. // Infin. Dimens. Anal. Quantum Probab. Relat. Top. 2019. V. 22. Art. No. 1930001.
  30. Trushechkin A. // Phys. Rev. A. 2021. V. 103. Art. No. 062226.
  31. Timofeev G.M., Trushechkin A.S. // Int. J. Modern Phys. A. 2022. V. 37. Art. No. 2243021.
  32. Алексашин М.К., Башаров А.М., Трубилко А.И. // Изв. РАН. Сер. физ. 2023. Т. 87. № 11. С. 1642; Aleksashin M.K., Basharov A.M., Trubilko A.I. // Bull. Russ. Acad. Sci. Phys. 2023. V. 87. No. 11. P. 1702.
  33. Эберли Дж., Аллен Л. Оптический резонанс и двухуровневые атомы. М.: Мир, 1978. 222 с.

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download
2. Fig. 1. Raman resonance condition and structure of energy levels of atoms and photon mode (a), localised in the microresonator (b), in the case (left) of the external coherent wave exposure

Download (86KB)
Indexing metadata
3. Fig. 2. Spectra of harmonic oscillators (a) and (b). In the field of a coherent wave the transition from level to level with absorption of a quantum and back with emission of a quantum is effectively performed. In this case, by virtue of the condition other energy levels of oscillators under certain initial conditions can be considered not involved. The arising two-level system is marked by a dotted line

Download (56KB)
Indexing metadata

Copyright (c) 2024 Russian Academy of Sciences