Challenges
Datasets
Workspaces
Papers
Discussions
Leaderboard
Log inSign up
Challenges
Datasets
Workspaces
Papers
Discussions
Leaderboard
Blog
Job Board
Q3AS

© 2026 Aqora Quantum S.A.S.

TermsPrivacyLegal Notice

Frontiers in Optics

Linear dispersion relation for a fluid of light in an atomic vapor

Quentin Fontaine, A. Aprá, Giovanni Lerario, E. Giacobino, Alberto Bramati, Quentin C. Glorieux

Published Jan 1, 2017• 0 citations
Publisher

Abstract

We report here the first measurement of the sound-like dispersion of density waves propagating on top of a correlated photons fluid generated by the third order Kerr non-linearity in a hot rubidium atomic vapor.
DOI
10.1364/fio.2017.fth4b.6

Related papers

Light Superfluidity in Hot Atomic Vapors

Quentin Fontaine, Alberto Bramati, Quentin C. Glorieux +1 more

We investigate the dispersion relation of small amplitude density waves propagating on top of a photon fluid. We also present two ongoing experiments to study dispersive shock waves and observe superfluidity of light.

Frontiers in Optics•Jan 1, 2018•1 citation

Paraxial fluid of light in hot atomic vapors

Quentin Fontaine

Fluide de lumière en géomètrie propageante dans une vapeur atomique chaude Les fluides quantiques de lumière constituent l'analogue optique des condensats de Bose-Einstein atomiques. Ils suscitent une attention croissante puisqu'ils permettent de sonder facilement des phénomènes quantiques à N-corps, à l'instar de la superfluidité. Des écoulements superfluides de lumière ont déjà été mis en évidence dans des fluides de polaritons en micro-cavité mais les observations rapportées jusqu'à présent dans les fluides de lumière en géométrie propageante sont moins probantes. Dans cette thèse, nous étudions les propriétés hydrodynamiques de la lumière propageant à quasi-résonance dans une vapeur chaude de rubidium. Alors que les photons n’interagissent pas entre eux dans l'air, la situation est différente dans la vapeur de rubidium, puisqu'une interaction effective entre photons, médiée par le milieu atomique, apparaît. La lumière peut alors être décrite comme un fluide s'écoulant dans le plan perpendiculaire à l'axe optique. L'objectif premier de cette thèse était de démontrer que la lumière, en propageant dans ce système, peut se comporter comme un superfluide. Dans cette perspective, il est nécessaire de mesurer la relation de dispersion à laquelle obéissent les ondes de densité se déplaçant à la surface du fluide. Je montre que cette dispersion dépend linéairement du module du vecteur d'onde quand celui-ci est petit devant la longueur de cicatrisation. D'après le critère de Landau, ceci est suffisant pour garantir l'existence d'écoulements superfluides. Je présente ensuite une expérience visant à mesurer l'annulation de la force de trainée exercée par le fluide de lumière sur un obstacle optique au passage de la transition fluide/superfluide.

•Jan 31, 2020•0 citations

Paraxial quantum fluids light in hot atomic vapors

Murad Abuzarli, Tangui Aladjidi, Nicolas Cherroret +1 more

Hot atomic vapors are widely used in non-linear and quantum optics due to their large Kerr non-linearity. This non-linearity induces effective photon-photon interactions allowing light to behave as a fluid displaying quantum properties such as superfluidity. In this presentation, I will show that we have full control over the Hamiltonian that drives the system and that we can engineer an analogue simulator with light.

EPJ Web of Conferences•Jan 1, 2022•0 citations

Two-component fluid of light in a hot atomic vapor

Clara Piekarski

Fluide de lumière à deux composants dans une vapeur chaude de rubidium Les fluides quantiques de lumière reposent sur l'analogie mathématique entre l'équation de Gross-Pitaevskii, qui décrit les condensats de Bose-Einstein à faibles interactions, et la propagation d'un laser dans un milieu présentant une non linéarité Kerr. Dans notre cas, le milieu induisant des interactions photon-photon effectives est une vapeur chaude de rubidium. Nous pouvons alors étudier la superfluidité, et plus généralement la physique des gaz de Bose, dans un système photonique. Cette thèse porte sur l'extension de cette analogie à la réalisation d'un fluide quantique à deux composants. Les deux polarisations circulaires de la lumière suivent en effet deux équations de Gross-Pitaevskii couplées, et elles peuvent donc être considérées comme les deux composants d'un gaz de Bose binaire. Nous caractérisons les interactions inter- et intra-composants, et réalisons un fluide de lumière à deux composants dans le régime miscible et non-miscible. Dans le régime miscible, nous mesurons les excitations élémentaires, dites de densité et de spin, ainsi que les deux branches de dispersion associées, qui sont la signature fondamentale d'un mélange superfluide. Dans le régime non-miscible, nous étudions la séparation spontanée des deux composants en domaines distincts, après que le fluide soit initialisé comme un mélange homogène. Nous modélisons numériquement et théoriquement ce phénomène dit de “coarsening”, décrit par une dynamique d'échelle universelle, et obtenons des résultats expérimentaux à temps courts. Enfin, nous montrons que le fluide binaire non-miscible est une plateforme prometteuse pour l'étude d'instabilités hydrodynamiques.

•Dec 15, 2025•0 citations

Paraxial fluid of light in hot atomic vapors

Quentin Fontaine

Quantum fluids of light are the photonic counterpart of Bose gases. They currently attract increasing interest since they are versatile and highly tunable systems for probing many-body physics quantum phenomena, such as superfluidity. Superfluid flow of light has already been reported in microcavity exciton-polariton condensates but clear observation of this phenomenon in cavityless systems, that is, for propagating photon fluids, remains elusive. In this thesis, we study the hydrodynamical properties of light propagating close to resonance in hot rubidium vapors. Whereas photons in air are not interacting with each other, the situation is different in rubidium vapors, as an effective interaction between them, mediated by the atomic ensemble, appears. The light behaves therefore as a fluid flowing in the plane perpendicular to the optical axis. The primary purpose of this thesis was to show that light in those systems can behave as a superfluid. The first step toward the observation of superfluidity is to measure the dispersion relation of small amplitude density waves travelling onto the propagating photon fluid. I show that this dispersion exhibits a linear trend for small excitation wave-vectors, which is, according to the Landau criterion, a sufficient condition for guaranteeing superfluidity. I present then an all-optical defect experiment - where the photon fluid flows against an optically induced obstacle (namely, a local change of refractive index) - designed to measure the drag force cancellation at the fluid/superfluid threshold.

arXiv:2011.12126•Nov 24, 2020•0 citations

Propagation of Photons in a Resonant Atomic Vapor

Samuel B. Alves, J. C. de Aquino Carvalho, Hugo L. D. de S. Cavalcante +3 more

A few statistical aspects of photons propagation in resonant atomic vapors are investigated, from Lévy flights and frequency redistribution to nonlinearity-mediated interactions between photons and their effect on the intensity distribution and correlation.

Latin America Optics and Photonics Conference•Jan 1, 2016•0 citations
Fluide de lumière en géomètrie propageante dans une vapeur atomique chaude Les fluides quantiques de lumière constituent l'analogue optique des condensats de Bose-Einstein atomiques. Ils suscitent une attention croissante puisqu'ils permettent de sonder facilement des phénomènes quantiques à N-corps, à l'instar de la superfluidité. Des écoulements superfluides de lumière ont déjà été mis en évidence dans des fluides de polaritons en micro-cavité mais les observations rapportées jusqu'à présent dans les fluides de lumière en géométrie propageante sont moins probantes. Dans cette thèse, nous étudions les propriétés hydrodynamiques de la lumière propageant à quasi-résonance dans une vapeur chaude de rubidium. Alors que les photons n’interagissent pas entre eux dans l'air, la situation est différente dans la vapeur de rubidium, puisqu'une interaction effective entre photons, médiée par le milieu atomique, apparaît. La lumière peut alors être décrite comme un fluide s'écoulant dans le plan perpendiculaire à l'axe optique. L'objectif premier de cette thèse était de démontrer que la lumière, en propageant dans ce système, peut se comporter comme un superfluide. Dans cette perspective, il est nécessaire de mesurer la relation de dispersion à laquelle obéissent les ondes de densité se déplaçant à la surface du fluide. Je montre que cette dispersion dépend linéairement du module du vecteur d'onde quand celui-ci est petit devant la longueur de cicatrisation. D'après le critère de Landau, ceci est suffisant pour garantir l'existence d'écoulements superfluides. Je présente ensuite une expérience visant à mesurer l'annulation de la force de trainée exercée par le fluide de lumière sur un obstacle optique au passage de la transition fluide/superfluide.
Fluide de lumière à deux composants dans une vapeur chaude de rubidium Les fluides quantiques de lumière reposent sur l'analogie mathématique entre l'équation de Gross-Pitaevskii, qui décrit les condensats de Bose-Einstein à faibles interactions, et la propagation d'un laser dans un milieu présentant une non linéarité Kerr. Dans notre cas, le milieu induisant des interactions photon-photon effectives est une vapeur chaude de rubidium. Nous pouvons alors étudier la superfluidité, et plus généralement la physique des gaz de Bose, dans un système photonique. Cette thèse porte sur l'extension de cette analogie à la réalisation d'un fluide quantique à deux composants. Les deux polarisations circulaires de la lumière suivent en effet deux équations de Gross-Pitaevskii couplées, et elles peuvent donc être considérées comme les deux composants d'un gaz de Bose binaire. Nous caractérisons les interactions inter- et intra-composants, et réalisons un fluide de lumière à deux composants dans le régime miscible et non-miscible. Dans le régime miscible, nous mesurons les excitations élémentaires, dites de densité et de spin, ainsi que les deux branches de dispersion associées, qui sont la signature fondamentale d'un mélange superfluide. Dans le régime non-miscible, nous étudions la séparation spontanée des deux composants en domaines distincts, après que le fluide soit initialisé comme un mélange homogène. Nous modélisons numériquement et théoriquement ce phénomène dit de “coarsening”, décrit par une dynamique d'échelle universelle, et obtenons des résultats expérimentaux à temps courts. Enfin, nous montrons que le fluide binaire non-miscible est une plateforme prometteuse pour l'étude d'instabilités hydrodynamiques.
Quantum fluids of light are the photonic counterpart of Bose gases. They currently attract increasing interest since they are versatile and highly tunable systems for probing many-body physics quantum phenomena, such as superfluidity. Superfluid flow of light has already been reported in microcavity exciton-polariton condensates but clear observation of this phenomenon in cavityless systems, that is, for propagating photon fluids, remains elusive. In this thesis, we study the hydrodynamical properties of light propagating close to resonance in hot rubidium vapors. Whereas photons in air are not interacting with each other, the situation is different in rubidium vapors, as an effective interaction between them, mediated by the atomic ensemble, appears. The light behaves therefore as a fluid flowing in the plane perpendicular to the optical axis. The primary purpose of this thesis was to show that light in those systems can behave as a superfluid. The first step toward the observation of superfluidity is to measure the dispersion relation of small amplitude density waves travelling onto the propagating photon fluid. I show that this dispersion exhibits a linear trend for small excitation wave-vectors, which is, according to the Landau criterion, a sufficient condition for guaranteeing superfluidity. I present then an all-optical defect experiment - where the photon fluid flows against an optically induced obstacle (namely, a local change of refractive index) - designed to measure the drag force cancellation at the fluid/superfluid threshold.