物理学。Rev.A 95，033809（2017）-完全消除与宽带超快激光脉冲的非线性光物质相互作用

用宽带超快激光脉冲完全消除非线性光-物质相互作用

川村舒、董道义、伊恩·彼得森和尼尔斯·亨利克森

物理学。版次A95，033809–2017年3月10日出版

摘要

将量子系统从低能级激发到高能级的单光子吸收是光-物质相互作用的基本过程，实现纯单光子吸收的途径在量子技术中具有基础和实际意义。然而，由于非线性光学效应，纯单光子吸收的概率通常很低，这与宽带强超快激光脉冲的情况特别相关。在这里，我们通过消除超快激光脉冲与量子系统的非线性相互作用，从理论上证明了一种违反直觉的相干单光子吸收方案。也就是说，在多能级量子系统中，对于0到100%之间的所有跃迁概率，可以获得系统对跃迁频率下入射光的光谱能量密度的完全线性响应。为此，开发了一种多目标优化算法，以找到超快激光脉冲的最佳光谱相位，该算法能够消除所有可能的非线性光学响应，同时最大化量子态之间的单光子吸收概率。这项工作不仅加深了我们对光-物质相互作用的理解，而且还提供了一种在“没有”非线性光学效应的情况下研究光物理和光化学过程的方法。