Генерация и поглощение фотонов двухуровневым атомом в режиме ультрасильной связи с ЭМ полем

В рамках квантовой модели Раби теоретически показано, что двухуровневый атом генерирует или поглощает фотоны в условиях ультрасильной связи его с электромагнитным полем. Генерация фотонов возможна, если поле первоначально находится в вакуумном состоянии. Возможным, при определенных начальных состояниях системы атом + поле, также является поглощение фотонов в моде поля в режиме ультрасильной связи атома и поля. Если атом в начальный момент времени находится в нижнем (невозбужденном) состоянии, а поле – в вакуумном состоянии, генерация фотонов присутствует в резонансных условиях $\omega_a\approx\omega_f$, $\omega_a$ – частота перехода атома, а $\omega_f$ — частота поля, или $\xi\equiv\omega_a/\omega_f\approx1$, в режиме ультра сильной связи. При отрицательной отстройке $\xi\ll1$, $\omega_a\ll\omega_f$ для динамики среднего числа фотонов $\langle\hat{n}\rangle_t$ поля характерны осцилляции Раби с $0\leq\langle\hat{n}\rangle_t\leq n_{\max}\gg1$ в случае ультрасильной связи для значений константы связи атома с полем $\tilde g\equiv|g|/\omega_f\sim1$, при этом населенность возбужденного состояния атома составляет $P_e(t)\approx0.5$. В условиях большой положительной отстройки: $\xi\gg1$ генерация фотонов отсутствует: $\langle\hat{n}\rangle\approx0$, а атом остается в исходном состоянии $P_e(t)\approx0$. Статистика фотонов в режиме генерации близка к хаотической: дисперсия фотонов значительно превышает уровень когерентного состояния поля (т.е. является суперпуассоновской). Поглощение фотонов поля без возбуждения атома присутствует в режиме ультра сильной связи в случае когерентного начального состояния поля $(\langle\hat n(t=0\rangle>0)$ для определенных положительных значений отстройки. При этом поле становится субпуассоновским.