强相互作用Rydberg气体中的自组织光学斑图

来源：华东师范大学学报·哲学社会科学版杂志2025年第3期北京时间：

作者：沈嘉宁, 白正阳

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,

基金资助：国家自然科学基金(12274131)