扩展Dicke模型中的量子相变和Berry相

Abstract

采用对比的方法，突出了扩展Dicke模型和标准Dicke模型的不同，主要体现在模型和哈密顿量、基态能量泛函、系统的基态物理量的分布，以及量子相变的相图、量子临界性和Berry相等方面。扩展Dicke模型是在标准Dicke模型的基础上，增加了有一定频率的强泵浦场驱动光学晶体，产生光学放大作用，引起腔场压缩；在哈密顿量中增加了增益系数的光场振幅平方压缩项；应用自旋相干态变分法得到基态能量泛函。研究了两个增益系数对相变点、平均光子数、原子布居数差、平均基态能量、Berry相及其一阶导数的影响，这些量可作为序参数来描述量子相变的特征，尤其是Berry相与平均光子数有直接的联系。通过改变泵浦场的强度，可以改变增益系数的大小，从而控制量子相变点和平均光子数的分布，使得低强度激光进入超辐射区域成为可能。通过探测光子数的变化有助于实验检测Berry相的变化和量子相变的发生，Berry相一阶导数在临界点的突变有助于分析量子相变的发生。