양자광학분광학

Quantum-optical spectroscopy

양자광학분광학은[1][2] 물질이 일련의 레이저 펄스로 들뜨고 탐사하는 레이저 분광학의 양자광학 일반화이다.

고전적으로 이러한 펄스는 스펙트럼 및 시간적 형태뿐만 아니라 전자기장의 위상 및 진폭에 의해 정의된다.이러한 빛의 특성 외에도, 위상-진폭 측면은 양자 광학에서 가장 중요한 본질적인 양자 변동을 가지고 있습니다.일반적인 레이저 [3][4][5]분광학에서는 레이저 펄스가 원자나 반도체와 같은 물질을 통해 전파되는 고전적인 양상만을 이용한다.양자광학분광학에서는 빛의 양자변동을 직접 성형 및/또는 검출함으로써 빛의 양자광학변동을 추가로 이용하여 분광능력을 향상시킨다.양자 광학 분광학은 고전 분광학에서는 불가능한 다체 [6][7]상태의 큰 세트에 직접 접근할 수 있기 때문에 다체 상태의 양자 역학을 제어하고 특징짓는 데 응용된다.

양자 광학 상태 주입

범용 전자기장은 항상 개별 구성요소가 완전한 모드 세트를 형성하는 모드 확장의 관점에서 표현될 수 있습니다.이러한 모드는 다양한 방법으로 구성할 수 있으며, 예를 들어 에너지 고유 상태, 일반 공간 모드 또는 시간 모드일 수 있다.이러한 조명 모드를 선택하면 양자화된 전자장에 대한 영향은 생성 및 소멸 B^ ^ ^ ^ ^ ^ ^ ^\ } ^^ ^ ^ ^ ^ ^ ^ ^[8] ^ displaystyle {B}라이트 필드의 양자 변동은 광자 상관 [ ] K \ \\ [ { \ } \ ]^에 의해 고유하게[9] 정의될 수 있다. 확장 접근법에 정의된 순수( 입자 상관을 포함하는 {J},연구 대상 물질에 대해 동일한 2차 양자화 형식주의를 사용하여, 물질의 전형적인 전자 들뜸은 페르미온 연산자에 의해 전자 들뜸 및 구멍에 대해 설명할 수 있다.~다수 지상 [10]상태에 남겨진 비정상적인 결원.하는 전자-공 들뜸은 각각 전자-공 쌍을 생성하고 소멸시키는 X^ ^ ^ 및 ^ ^ ^ ^ ^ displaystyle 에 의해 할 수 있습니다.

몇 가지 관련 사례에서 빛-물질 상호작용은 쌍극자 상호작용을[7] 사용하여 설명할 수 있다.

여기서 합계는 광자 흡수를 통해 ( { 부분)을 생성하기 위한 모든 가능성을 암시적으로 계승한다. 해밀턴에는 다음과 같은 용어의 에르미트 결합체( hc도 포함된다.허가서빛과 물질의 결합 강도는 F로 정의됩니다.

전자-공 쌍이 단일 모드 B {\^ {\hat {B}}}과(와) 공명적으로 들뜨면 광자 상관 관계가 다체 상관 관계에 직접 주입된다.보다 구체적으로, 빛-물질 상호작용의 기본 형태는 필연적으로 상관-전달[1][7] 관계를 초래한다.

광자와 전자-공 들뜸 사이에 있습니다.엄밀히 말하면, 이 관계는 고체에서 쿨롱과 포논 상호작용에 의해 유도되는 산란이 시작되기 전에 유효하다.따라서 주요 산란 공정보다 빠른 레이저 펄스를 사용하는 것이 바람직하다.레이저는 제어성이 높은 정밀도의 펨토초 또는 심지어 아토초 펄스를 이미 출력할 수 있기 때문에 오늘날의 레이저 분광학에서는 이 상태를 비교적 쉽게 실현할 수 있습니다.

실현

물리적으로는 광펄스가 짧으면 광펄스의 양자변동을 조정하는 것만으로 원하는 다체상태를 직접 주입할 수 있다.이것은 광원의 양자 변동을 제어함으로써 양자 광학 분광학이 실현되면, 뚜렷한 다체 상태의 특성을 연구할 수 있는 새로운 가능성을 열어준다.예를 들어 코히런트 스테이트 레이저는 그 기대치value ^{\ \ \ \ hat {} \ its therefore therefore therefore therefore therefore x x X^ \ style \ \ hat {} \ {\ {\ – – – – – – – – – – – – – – – – – – – – – – – – – – – 결합 전자-공 쌍(즉, 두 입자의 상관 X ^ ^ ^ ^ （ \\ { ^{ \ } { \ { X} }} 또는 비엑시톤 천이 ^ ^ ^ ） ^ ^ ^ ^ ^ ^ ^ ^ ^ ^ ^ ^ ^ ^ ^ ^ ^ ^ ^ ^ ^ ^ ^ ^ ^ ^ ^ ^ ^ B ^ ^ ^ ^ { \ \ {}^{ \ }{ \ { } B ^ ^^ ^ ^ ^ { \ \ { } { B }{ \ hat } { B } { } { \ hat } { \ hat } } { b} { b} { b} { b } } } }

양자광학분광학을 실현하기 위해서는 현재 이용할 수 없는 자유자재로 조정 가능한 양자 통계를 가진 고강도 광원이 필요하다.그러나 투영적[6][11][12] 방법을 적용하여 일련의 고전적 측정에서 물질의 양자 광학 반응에 접근할 수 있다.특히 [6]참고문헌에 제시된 방법은 진짜 다체계의 양자 광학 반응을 투영하는 데 강력하다.이 연구는 고전 분광학에서 숨겨진 많은 물체의 성질을 실제로 밝히고 접근할 수 있다는 것을 보여주었다.따라서 양자광학분광학은 분자부터 반도체까지 여러 다른 시스템에서 복잡한 다체 상태를 특징짓고 제어하는데 이상적입니다.

반도체 양자 광학과의 관계

양자광학분광학은 일반 반도체 양자광학에서 중요한 접근법이다.다체 상태를 구별하고 제어하는 능력은 전형적인 고전적인 들뜸이 여러 다체 구성의 기여를 무차별적으로 감지하기 때문에 양자 웰과 같은 확장된 반도체에서 확실히 흥미롭습니다; 양자 광학 분광학으로 사람은 원하는 다체 상태에 접근하고 제어할 수 있습니다.확장 [7]반도체동시에, 양자 광학 분광학의 아이디어는 양자 점과 같은 단순한 시스템을 연구할 때 유용할 수 있다.

양자 점은 최초의 양자 광학 시연의 대부분이 [8]측정되는 단순한 원자 시스템과 동등한 반도체입니다.양자점은 인공이기 때문에 정보기술(IT)을 위한 새로운 양자 광학 부품을 생산하기 위해 맞춤 제작할 수 있다.예를 들어, 양자 정보 과학에서는 주문형 광자를 출력할 수 있는 광원 또는 특정 주파수에서 얽힌 광자 쌍이 있는 광원에 관심이 많다.이러한 선원은 다양한 [13][14][15]방법으로 광자 방출을 제어함으로써 양자 점으로 이미 입증되었다.마찬가지로 양자점 레이저는 이미 하나의 광자가 방출되었을 때 광자를 방출할 조건부 확률에[16] 비정상적인 변화를 보일 수 있다. 이 효과는 소위2 g 상관관계로 측정할 수 있다.양자광학분광학에서 한 가지 흥미로운 가능성은 양자광으로 양자점을 펌핑하여 빛의 방출을 보다 정확하게 [17]조절하는 것이다.

단일 점과 공동 공명 사이에 진공 라비가 분할되는 실험 시연[18][19] 이후 양자점 미세 공동 연구는 빠르게 진행되어 왔다.이 과정은 제인스-커밍스 모델을 기반으로 이해할 수 있지만 반도체 측면은 격자 진동과의 전기적 결합으로 인해 많은 새로운 물리적[20][21] 효과를 제공한다.

그럼에도 불구하고, 양자화된 광 수준에서 직접 멈추는 양자 라비 분할은 많은 실험들이 광발광 강도만을 모니터링했기 때문에 여전히 이해하기 어려운 상태로 남아 있었다.그는 [22]양자-광학 분광학의 이데올로기에 따라 광발광 스펙트럼에 묻어도 양자-라비 분열을 광자 상관 측정에서 해결할 수 있을 것으로 전망했다.이것은 광자가 미소 공동 내부의 양자 점에 의해 얼마나 정기적으로 방출되는지를 정량화하는 소위2 g 상관관계를 측정함으로써 실험적으로[23] 입증되었다.

「 」를 참조해 주세요.

레퍼런스

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추가 정보

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