核心概念
納米激光器中存在量子雙穩態,即一個穩定的非經典相干態和一個不穩定的相干態,這與半經典理論的預測不同。隨著發射器數量的增加,激光閾值逼近半經典理論的預測,但仍需要有限大小的擾動才能實現激光。
摘要
本文研究了包含所有二粒子量子相關性的單模激光器模型。與半經典模型的預測不同,我們發現激光發生在非激光態和非經典相干態之間的量子雙穩態中。相干態具有有限的線寬和中心頻率,並從鞍點-節點分岔中以有限振幅出現,這表明納米激光器的相干發射源於激光態和非激光態的混合。
在具有大量發射器和非共振模式的宏觀激光器中,激光閾值接近半經典理論的預測,但關鍵的是只有在有限大小擾動的情況下才能實現激光。
量子相關性對激光的動力學和光統計有重要影響,在納米激光器中比在宏觀激光器中更強。本文提出了一個包含所有二粒子量子相關性的模型,並與忽略這些相關性的半經典模型進行了比較。結果表明,量子相關性導致激光閾值和相干態的線寬增加,並引入量子雙穩態。隨著發射器數量的增加,這些效果逐漸減弱,但仍然存在。
統計資料
激光閾值可由以下公式給出:
rth = (Γn + Γg) / K * <c^†c>th / (1 - <c^†c>th)
其中 <c^†c>th 是半經典模型的閾值值, Γn = γnr + γnl, Γg = 2g^2(γ + γc)/[(γ + γc)^2 + Δν^2],
K = 1 - Γg(2<c^†c>th - 1){N/2γc + (N - 1)/[2γ(1 + μ)]}.
引述
"納米激光器中存在量子雙穩態,即一個穩定的非經典相干態和一個不穩定的相干態,這與半經典理論的預測不同。"
"隨著發射器數量的增加,激光閾值逼近半經classical理論的預測,但仍需要有限大小的擾動才能實現激光。"