强相互作用Rydberg气体中的自组织光学斑图

摘要

理论研究了在非均匀耦合光束作用下, Rydberg原子气体中光的非线性传播动力学.通过电磁感应透明(electromagnetically induced transparency, EIT)效应, Rydberg原子之间的长程相互作用可以有效映射到光场上,从而产生很强的光子-光子相互作用.以往的研究中,耦合光场被视为空间均匀的常数场,光场的相互作用具有空间平移不变性的势能.在排斥原子相互作用的情况下,当探测光场的强度超过临界阈值时,由于动量空间中roton模式的不稳定性,体系会发生一级相变,系统会自组织形成光学斑图.但在实际实验中,耦合光的空间分布往往是非均匀的,这种非均匀性一定程度上会破坏体系的空间平移不变性.计算显示,当考虑有限耦合光束腰,在原子密度较低时,系统依然可以自组织形成光学图案结构;但随着原子密度的增加,由于体系的非均匀激发增加,斑图边缘处的结构会被破坏.该结果不仅有助于发展Rydberg非线性光学,还对在多体体系中设计新型非线性光学器件有着潜在的应用.

关键词

Rydberg原子 / 电磁感应透明 / 自组织结构