<?xml version="1.0" encoding="UTF-8"?>
<!DOCTYPE article PUBLIC "-//NLM//DTD Journal Publishing DTD v2.3 20070202//EN" "journalpublishing.dtd">
<article article-type="research-article" dtd-version="2.3" xml:lang="EN" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" xmlns:xlink="http://www.w3.org/1999/xlink">
<front>
<journal-meta>
<journal-id journal-id-type="publisher-id">Front. Quantum Sci. Technol.</journal-id>
<journal-title>Frontiers in Quantum Science and Technology</journal-title>
<abbrev-journal-title abbrev-type="pubmed">Front. Quantum Sci. Technol.</abbrev-journal-title>
<issn pub-type="epub">2813-2181</issn>
<publisher>
<publisher-name>Frontiers Media S.A.</publisher-name>
</publisher>
</journal-meta>
<article-meta>
<article-id pub-id-type="publisher-id">1526469</article-id>
<article-id pub-id-type="doi">10.3389/frqst.2025.1526469</article-id>
<article-categories>
<subj-group subj-group-type="heading">
<subject>Quantum Science and Technology</subject>
<subj-group>
<subject>Original Research</subject>
</subj-group>
</subj-group>
</article-categories>
<title-group>
<article-title>Phase-dependent transparency in a two-level system with applications to all-optical switching</article-title>
<alt-title alt-title-type="left-running-head">Ramaswamy and Malinovskaya</alt-title>
<alt-title alt-title-type="right-running-head">
<ext-link ext-link-type="uri" xlink:href="https://doi.org/10.3389/frqst.2025.1526469">10.3389/frqst.2025.1526469</ext-link>
</alt-title>
</title-group>
<contrib-group>
<contrib contrib-type="author" corresp="yes">
<name>
<surname>Ramaswamy</surname>
<given-names>Aneesh</given-names>
</name>
<xref ref-type="corresp" rid="c001">&#x2a;</xref>
<uri xlink:href="https://loop.frontiersin.org/people/2857083/overview"/>
<role content-type="https://credit.niso.org/contributor-roles/writing-original-draft/"/>
<role content-type="https://credit.niso.org/contributor-roles/Writing - review &#x26; editing/"/>
</contrib>
<contrib contrib-type="author">
<name>
<surname>Malinovskaya</surname>
<given-names>Svetlana A.</given-names>
</name>
<uri xlink:href="https://loop.frontiersin.org/people/2640570/overview"/>
<role content-type="https://credit.niso.org/contributor-roles/conceptualization/"/>
<role content-type="https://credit.niso.org/contributor-roles/funding-acquisition/"/>
<role content-type="https://credit.niso.org/contributor-roles/investigation/"/>
<role content-type="https://credit.niso.org/contributor-roles/methodology/"/>
<role content-type="https://credit.niso.org/contributor-roles/supervision/"/>
<role content-type="https://credit.niso.org/contributor-roles/Writing - review &#x26; editing/"/>
</contrib>
</contrib-group>
<aff>
<institution>Department of Physics</institution>, <institution>Stevens Institute of Technology</institution>, <addr-line>Hoboken</addr-line>, <addr-line>NJ</addr-line>, <country>United States</country>
</aff>
<author-notes>
<fn fn-type="edited-by">
<p>
<bold>Edited by:</bold> <ext-link ext-link-type="uri" xlink:href="https://loop.frontiersin.org/people/239401/overview">Jamal Berakdar</ext-link>, Martin Luther University of Halle-Wittenberg, Germany</p>
</fn>
<fn fn-type="edited-by">
<p>
<bold>Reviewed by:</bold> <ext-link ext-link-type="uri" xlink:href="https://loop.frontiersin.org/people/1701590/overview">Le-Man Kuang</ext-link>, Hunan Normal University, China</p>
<p>
<ext-link ext-link-type="uri" xlink:href="https://loop.frontiersin.org/people/1940873/overview">Guilherme Jurkevicz Delben</ext-link>, Federal University of Santa Catarina, Brazil</p>
<p>
<ext-link ext-link-type="uri" xlink:href="https://loop.frontiersin.org/people/2923731/overview">Yuri Rostovtsev</ext-link>, University of North Texas, United States</p>
</fn>
<corresp id="c001">&#x2a;Correspondence: Aneesh Ramaswamy, <email>aneeshramaswamy@gmail.com</email>
</corresp>
</author-notes>
<pub-date pub-type="epub">
<day>06</day>
<month>08</month>
<year>2025</year>
</pub-date>
<pub-date pub-type="collection">
<year>2025</year>
</pub-date>
<volume>4</volume>
<elocation-id>1526469</elocation-id>
<history>
<date date-type="received">
<day>11</day>
<month>11</month>
<year>2024</year>
</date>
<date date-type="accepted">
<day>25</day>
<month>06</month>
<year>2025</year>
</date>
</history>
<permissions>
<copyright-statement>Copyright &#xa9; 2025 Ramaswamy and Malinovskaya.</copyright-statement>
<copyright-year>2025</copyright-year>
<copyright-holder>Ramaswamy and Malinovskaya</copyright-holder>
<license xlink:href="http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/">
<p>This is an open-access article distributed under the terms of the Creative Commons Attribution License (CC BY). The use, distribution or reproduction in other forums is permitted, provided the original author(s) and the copyright owner(s) are credited and that the original publication in this journal is cited, in accordance with accepted academic practice. No use, distribution or reproduction is permitted which does not comply with these terms.</p>
</license>
</permissions>
<abstract>
<p>The phenomenon of transparency, conventionally studied in three and higher level atomic systems, is extended to the case of a two-level system (TLS), where we use a semiclassical framework to describe the transparent propagation of classical fields in a medium of TLS scatterers. We demonstrate a new form of transparency with fast pulses, accounting for the initial state of the TLS, which we call phase-dependent transparency. Using the phenomenon of photon locking, we showed that TLSs initialized in maximum coherence states exhibit transparency to resonant fields when there is phase-matching between the phase of the atomic coherence and that of the probe field. An application to the problem of all-optical switching is also discussed, where on-demand transmission is generated by controlling the relative phase between a <inline-formula id="inf1">
<mml:math id="m1">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c0;</mml:mi>
<mml:mo>/</mml:mo>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> pump pulse and the transmitted probe pulse.</p>
</abstract>
<kwd-group>
<kwd>atomic molecular and optical physics</kwd>
<kwd>quantum optics</kwd>
<kwd>all optical switching</kwd>
<kwd>quantum control</kwd>
<kwd>quantum physics</kwd>
</kwd-group>
<contract-num rid="cn001">N00014-22-1-2374</contract-num>
<contract-sponsor id="cn001">Office of Naval Research<named-content content-type="fundref-id">10.13039/100000006</named-content>
</contract-sponsor>
<custom-meta-wrap>
<custom-meta>
<meta-name>section-at-acceptance</meta-name>
<meta-value>Quantum Engineering</meta-value>
</custom-meta>
</custom-meta-wrap>
</article-meta>
</front>
<body>
<sec id="s1">
<title>Introduction</title>
<p>The coherent interaction of matter and light can lead to the emergence of quantum interference between multiple pathways, such as electronic excitation pathways (<xref ref-type="bibr" rid="B11">Fleischhauer et al., 2005</xref>), in turn revealing novel quantum phenomena that is of tremendous interest today in the fields of quantum information science and emerging quantum technologies (<xref ref-type="bibr" rid="B27">Lukin et al., 2001</xref>; <xref ref-type="bibr" rid="B12">Fleischhauer and Lukin, 2000</xref>; <xref ref-type="bibr" rid="B28">Lukin et al., 2000</xref>; <xref ref-type="bibr" rid="B23">K&#xf6;rber et al., 2018</xref>; <xref ref-type="bibr" rid="B38">Sangouard et al., 2011</xref>; <xref ref-type="bibr" rid="B21">Kimble, 2008</xref>). An example of one such phenomena is induced transparency, which originated in the study of light-matter interaction in three and higher level atomic systems (<xref ref-type="bibr" rid="B32">Petrosyan et al., 2011</xref>; <xref ref-type="bibr" rid="B41">Slusher and Gibbs, 1972</xref>). Today, induced transparency has been extended to a large number of systems including optomechanical systems (<xref ref-type="bibr" rid="B46">Weis et al., 2010</xref>; <xref ref-type="bibr" rid="B3">Agarwal and Huang, 2010</xref>; <xref ref-type="bibr" rid="B47">Xiong and Wu, 2018</xref>), plasmonics (<xref ref-type="bibr" rid="B51">Zhang et al., 2008</xref>; <xref ref-type="bibr" rid="B20">Kekatpure et al., 2010</xref>; <xref ref-type="bibr" rid="B52">Zhu et al., 2014</xref>), and coupled microresonators (<xref ref-type="bibr" rid="B31">Naweed et al., 2005</xref>; <xref ref-type="bibr" rid="B14">Guo et al., 2021</xref>; <xref ref-type="bibr" rid="B17">Huang et al., 2022</xref>; <xref ref-type="bibr" rid="B50">Yang et al., 2009</xref>). However, we do not see similar results for the simple case of the two-level system (TLS), in the case of observing EIT-like transparency without the inclusion of additional structures for the TLS. For example, the presence of mechanical vibrations in a medium of two level scatterers along with a polychromatic driving field can produce partial and full transparency in the TLS medium (<xref ref-type="bibr" rid="B34">Radeonychev et al., 2006</xref>; <xref ref-type="bibr" rid="B33">Radeonychev et al., 2020</xref>). More generally, polychromatic driving can lead to the presence of additional scattering channels-effectively expanding the state space of our TLS in the frequency domain and leading to the emergence of EIT-like transparency (<xref ref-type="bibr" rid="B19">K&#xe4;lin et al., 2004</xref>). Additionally, induced transparency in two-level atoms has been realized in the presence of self-induced transparency (SIT) effects, where nearly lossless transmission is observed for pulsed light that has the form of an optical soliton (<xref ref-type="bibr" rid="B7">Chakravarty, 2016</xref>). The phenomenon of SIT was first discovered by McCall and Hahn (<xref ref-type="bibr" rid="B30">McCall and Hahn, 1969</xref>), where coherent, resonant, fast pulses propagate with anomalously low energy losses in a medium of two-level atoms. We distinguish the form of transparency developed in this paper from SIT, noting that it has more in common with EIT.</p>
<p>Electromagnetically induced transparency (EIT) (<xref ref-type="bibr" rid="B11">Fleischhauer et al., 2005</xref>; <xref ref-type="bibr" rid="B29">Marangos, 1998</xref>; <xref ref-type="bibr" rid="B15">Harris, 1997</xref>; <xref ref-type="bibr" rid="B10">Finkelstein et al., 2023</xref>) is one of the most famous examples of transparency, caused by destructive interference of probability amplitudes from multiple pathways between two states in a multilevel system dressed with strong coupling fields. The optical susceptibilities of EIT setups are shown to be sensitive to the phases of driving fields (<xref ref-type="bibr" rid="B37">Sahrai et al., 2007</xref>; <xref ref-type="bibr" rid="B49">Yang et al., 2010</xref>; <xref ref-type="bibr" rid="B1">Abi-sallouma et al., 2007</xref>; <xref ref-type="bibr" rid="B18">Joshi, 2009</xref>) with cancellation/amplification of nonlinearities corresponding to dispersive and absorptive effects dependent on the relative phases between different field components. As argued in (<xref ref-type="bibr" rid="B1">Abi-sallouma et al., 2007</xref>), the dependence of EIT on quantum interference implies that EIT must then also be dependent on a phase term, owing to the fact that the quantum interference is a result of a coherent interaction. The identification of this phase term would imply the presence of a tunability from transparency to absorption which can even persist in the steady-state regime for more complex systems (<xref ref-type="bibr" rid="B49">Yang et al., 2010</xref>; <xref ref-type="bibr" rid="B16">Hu et al., 2005</xref>). While EIT, for the case of the 3-level Lambda system, is not sensitive to the relative phase between the pump and probe fields in the steady state limit, this is not the case in the transient regime where there can be a relative phase between the atomic dipole and that of the fields (<xref ref-type="bibr" rid="B1">Abi-sallouma et al., 2007</xref>). In this regime, EIT can temporarily become electromagnetically induced absorption (EIA) (<xref ref-type="bibr" rid="B25">Lezama et al., 1999</xref>; <xref ref-type="bibr" rid="B4">Akulshin et al., 1998</xref>; <xref ref-type="bibr" rid="B24">Korsunsky et al., 1999</xref>) due to the destructive interference between the multiple pathways becoming constructive (<xref ref-type="bibr" rid="B1">Abi-sallouma et al., 2007</xref>). The ability to engineer such interference effects is a major goal in quantum control theory. Techniques such as pulse shaping and frequency modulation are highly effective in generating dark-state based transfer and interference effects in three and higher level systems, leading to phenomena like adiabatic population transfer (<xref ref-type="bibr" rid="B8">Chathanathil et al., 2023</xref>) and EIT respectively. More broadly, quantum control techniques have been instrumental in realizing robust state transfer, especially in the development of one- and two-qubit gates that sustain high fidelity in the presence of stochastic drift and open system effects (<xref ref-type="bibr" rid="B22">Koch et al., 2022</xref>). The impact of Markovian and non-Markovian noise on qubit control is examined in (<xref ref-type="bibr" rid="B9">Delben et al., 2023</xref>), including scenarios where closed-system quantum control schemes break down, and the use of fast-control strategies for reducing decoherence effects.</p>
<p>A similar concept as phase-dependent transient EIT is used in our work where a relative phase between the atomic coherence and the probe field is used to generate non-steady state transparency. In principle, when the populations in both states of a TLS are equal, the outcome of equal rates of stimulated emission and absorption should result in transparency. We find that this basic principle can be satisfied, but is dependent on the state of the atomic density matrix and the phase of the probe light. Indeed, we show in this work that the phase of the probe field can be chosen to result in no energy transfer if the TLS is in a maximum coherence superposition state and the probe is resonant while being in phase with the atomic coherence. The invariance of the atomic density matrix to a perturbation that satisfies the relative phase condition is called photon locking (<xref ref-type="bibr" rid="B43">Tannor, 2007</xref>; <xref ref-type="bibr" rid="B45">Vreeker et al., 1986</xref>; <xref ref-type="bibr" rid="B5">Bayer et al., 2009</xref>; <xref ref-type="bibr" rid="B6">Bodey et al., 2019</xref>) and is implemented to realize transparent propagation of probe pulses in a medium of TLS scatterers. We call the resulting transparency phenomena phase-dependent transparency (PDT). In this work, we also propose a protocol to realize absorptive all-optical switching (<xref ref-type="bibr" rid="B48">Yadav and Bhattacherjee, 2022</xref>; <xref ref-type="bibr" rid="B44">Volz et al., 2012</xref>) where a relative phase between the probe field and atomic coherence can be used to tune between absorption and transmission. All-optical switching has been realized, based on the principle of perfect photon absorption, in cavity QED schemes with cold atoms interacting with a cavity driven by two fields with some constant relative phase (<xref ref-type="bibr" rid="B2">Agarwal et al., 2016</xref>; <xref ref-type="bibr" rid="B13">Guo et al., 2024</xref>). One extremely important research area is the realization of optical switching with single-photons (<xref ref-type="bibr" rid="B44">Volz et al., 2012</xref>; <xref ref-type="bibr" rid="B40">Shen and Fan, 2005</xref>), though this is beyond the scope of this work. Our protocol uses a semi-classical scheme with TLSs interacting with classical pulses, allowing on-demand switching between absorption and transparency in the transient regime.</p>
</sec>
<sec sec-type="materials|methods" id="s2">
<title>Materials and methods</title>
<p>We consider the problem of propagation of hundred <inline-formula id="inf2">
<mml:math id="m2">
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">p</mml:mi>
<mml:mi mathvariant="normal">s</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> pulses in a homogeneous continuous vapor of two-level atoms with density <inline-formula id="inf3">
<mml:math id="m3">
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> with no buffer gas and low-moderate optical depth <inline-formula id="inf4">
<mml:math id="m4">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
<mml:mo>&#x3c;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, where <inline-formula id="inf5">
<mml:math id="m5">
<mml:mrow>
<mml:mi>L</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> is the medium length. Each atom at position <inline-formula id="inf6">
<mml:math id="m6">
<mml:mrow>
<mml:mi>x</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> has transition frequency <inline-formula id="inf7">
<mml:math id="m7">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c9;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, and is initialized in the maximal coherence state <inline-formula id="inf8">
<mml:math id="m8">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c8;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> (with <inline-formula id="inf9">
<mml:math id="m9">
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">&#x7c;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">&#x27e8;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo stretchy="false">&#x7c;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c8;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">&#x27e9;</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">&#x27e8;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c8;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo stretchy="false">&#x7c;</mml:mo>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">&#x27e9;</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">&#x7c;</mml:mo>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>/</mml:mo>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>) at the retarded time <inline-formula id="inf10">
<mml:math id="m10">
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mi>x</mml:mi>
<mml:mo>/</mml:mo>
<mml:mi>c</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>. The optical depth must be restricted to prevent the free polarization field generated by the atomic coherence in the medium from perturbing the maximum coherence state. We use the Maxwell-Bloch equations (<xref ref-type="bibr" rid="B42">Svidzinsky et al., 2015</xref>) to model the evolution of the pulse and atomic populations and coherences. A probe pulse, with duration <inline-formula id="inf11">
<mml:math id="m11">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c4;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> and central time <inline-formula id="inf12">
<mml:math id="m12">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>c</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, is introduced from the left and reaches the medium at <inline-formula id="inf13">
<mml:math id="m13">
<mml:mrow>
<mml:mi>x</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>. The pulse has waveform <inline-formula id="inf14">
<mml:math id="m14">
<mml:mrow>
<mml:mi>E</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>x</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mi>A</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>x</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mi>cos</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mi>x</mml:mi>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c9;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>L</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3d5;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mi>&#x3d5;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>x</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, with complex-valued envelope <inline-formula id="inf15">
<mml:math id="m15">
<mml:mrow>
<mml:mi>A</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>x</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, and frequency <inline-formula id="inf16">
<mml:math id="m16">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c9;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>L</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c9;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">&#x394;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, where <inline-formula id="inf17">
<mml:math id="m17">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">&#x394;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> is the pulse detuning, and <inline-formula id="inf18">
<mml:math id="m18">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3d5;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>x</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> is a general time and position dependent phase. For convenience, we define the time-dependent detuning <inline-formula id="inf19">
<mml:math id="m19">
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">&#x394;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>x</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">&#x394;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3d5;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x307;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>x</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>. We assume that <inline-formula id="inf20">
<mml:math id="m20">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c9;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x226b;</mml:mo>
<mml:mo stretchy="false">&#x7c;</mml:mo>
<mml:mi mathvariant="normal">&#x394;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>x</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">&#x7c;</mml:mo>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mo stretchy="false">&#x7c;</mml:mo>
<mml:mi>A</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>x</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">&#x7c;</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>. We obtain the below field interaction Hamiltonian,<disp-formula id="e1">
<mml:math id="m21">
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mrow>
<mml:mi>H</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x303;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">&#x394;</mml:mi>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c3;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">&#x302;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>z</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mtext>Re</mml:mtext>
<mml:mfenced open="[" close="]">
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">&#x3a9;</mml:mi>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>x</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c3;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">&#x302;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>x</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mtext>Im</mml:mtext>
<mml:mfenced open="[" close="]">
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">&#x3a9;</mml:mi>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>x</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c3;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">&#x302;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>y</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label>(1)</label>
</disp-formula>where we defined the complex Rabi frequency <inline-formula id="inf21">
<mml:math id="m22">
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">&#x3a9;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>x</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mi>&#x3bc;</mml:mi>
<mml:mi>A</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>x</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>e</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3d5;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mo>/</mml:mo>
<mml:mi>&#x210f;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, where <inline-formula id="inf22">
<mml:math id="m23">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3bc;</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mfenced open="&#x27e8;" close="&#x27e9;">
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo stretchy="false">&#x7c;</mml:mo>
<mml:mi>e</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mrow>
<mml:mi>r</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">&#x302;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">&#x7c;</mml:mo>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> is the atomic transition dipole moment, after applying the rotating wave approximation to remove fast terms. For comprehensiveness, we account for spontaneous emission processes with decay rate <inline-formula id="inf23">
<mml:math id="m24">
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">&#x393;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>. Using the TLS density matrix, <inline-formula id="inf24">
<mml:math id="m25">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c1;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, for an atom at <inline-formula id="inf25">
<mml:math id="m26">
<mml:mrow>
<mml:mi>x</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>x</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, we define the generalized density matrix, <inline-formula id="inf26">
<mml:math id="m27">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c1;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>x</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, as a continuous function of position. We make use of the Bloch vector formalism with the goal of obtaining a vectorized equation for the atomic population and coherence terms. We define the Bloch vector <inline-formula id="inf27">
<mml:math id="m28">
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c3;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x20d7;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>x</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>,<disp-formula id="e2">
<mml:math id="m29">
<mml:mrow>
<mml:mtable class="aligned">
<mml:mtr>
<mml:mtd columnalign="right"/>
<mml:mtd columnalign="left">
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c3;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x20d7;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c3;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>x</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c3;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>y</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c3;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>z</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>T</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd columnalign="right"/>
<mml:mtd columnalign="left">
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c3;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>x</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c3;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>y</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c1;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>21</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd columnalign="right"/>
<mml:mtd columnalign="left">
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c3;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>z</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c1;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>11</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c1;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>22</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
</mml:mtable>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label>(2)</label>
</disp-formula>
</p>
<p>And introduce the driving vector <inline-formula id="inf28">
<mml:math id="m30">
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mrow>
<mml:mi>v</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x20d7;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>x</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mtext>Re</mml:mtext>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">[</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">&#x3a9;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>x</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">]</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mtext>Im</mml:mtext>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">[</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">&#x3a9;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>x</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">]</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mi mathvariant="normal">&#x394;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>T</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> and obtain a geometric form for the evolution of the Bloch vector using the Hamiltonian (<xref ref-type="disp-formula" rid="e1">Equation 1</xref>),<disp-formula id="e3">
<mml:math id="m31">
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c3;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x20d7;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x307;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mrow>
<mml:mi>v</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x20d7;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#xd7;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c3;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x20d7;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mi mathvariant="normal">&#x393;</mml:mi>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c3;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x20d7;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mn>0,0,1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>T</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label>(3)</label>
</disp-formula>where we used the Feynman-Vernon-Hellwarth representation (<xref ref-type="bibr" rid="B43">Tannor, 2007</xref>), modified to take into account spontaneous emission. To model the propagation of a probe pulse through a cold vapor of two level atoms we use the semiclassical Maxwell-Bloch equations in the slow-varying-envelope-approximation (SVEA). Assuming that the probe pulse propagates paraxially with a pulse duration much larger than the oscillation frequency <inline-formula id="inf29">
<mml:math id="m32">
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c4;</mml:mi>
<mml:mo>&#x226b;</mml:mo>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mi>&#x3c0;</mml:mi>
<mml:mo>/</mml:mo>
<mml:mi>&#x3c9;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, it follows that the probe pulse can be approximately expanded as a product of a fast oscillation <inline-formula id="inf30">
<mml:math id="m33">
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>e</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mi>x</mml:mi>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mi>&#x3c9;</mml:mi>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> and a slow envelope for the probe Rabi frequency <inline-formula id="inf31">
<mml:math id="m34">
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">&#x3a9;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>x</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> (<xref ref-type="bibr" rid="B42">Svidzinsky et al., 2015</xref>).<disp-formula id="e4">
<mml:math id="m35">
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>c</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x2202;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x2202;</mml:mi>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x2202;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x2202;</mml:mi>
<mml:mi>z</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mi mathvariant="normal">&#x3a9;</mml:mi>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mi>x</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mi>P</mml:mi>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mi>x</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label>(4)</label>
</disp-formula>
</p>
<p>We consider the evolution of the probe pulse in response to the macroscopic polarization consisting of the dipole moments of the atomic vapor <inline-formula id="inf32">
<mml:math id="m36">
<mml:mrow>
<mml:mi>P</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3bc;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mi>&#x3c9;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mi>&#x210f;</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3f5;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mi>c</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c3;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> where <inline-formula id="inf33">
<mml:math id="m37">
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c3;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c3;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>x</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c3;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>y</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>/</mml:mo>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> (<xref ref-type="disp-formula" rid="e2">Equation 2</xref>). The optical response to the probe pulse, including absorption and dispersion, is obtained by propagating <xref ref-type="disp-formula" rid="e3">Equations 3</xref>, <xref ref-type="disp-formula" rid="e4">4</xref>. We assume that there is a strong initial polarization <inline-formula id="inf34">
<mml:math id="m38">
<mml:mrow>
<mml:mi>P</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>x</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> generated by a forward-directed pump pulse with phase <inline-formula id="inf35">
<mml:math id="m39">
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>e</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mi>x</mml:mi>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mi>&#x3c9;</mml:mi>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>. In the SVEA, the only coherent field produced is the forward-directed field due to phase-matching enforced by the spatial phase of the coherence. Therefore we do not consider the backwards directed field in our model.</p>
</sec>
<sec sec-type="results" id="s3">
<title>Results</title>
<p>From <xref ref-type="disp-formula" rid="e3">Equation 3</xref>, we obtain an important result. With the assumption that the pulse duration is small enough that there is negligible change to the Bloch vector from spontaneous emission, when <inline-formula id="inf36">
<mml:math id="m40">
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c3;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x20d7;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">&#x2016;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mrow>
<mml:mi>v</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x20d7;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, there is no time-dependence to the Bloch vector, in contrast to the general case shown in <xref ref-type="fig" rid="F1">Figure 1</xref>. This is called photon locking (<xref ref-type="bibr" rid="B43">Tannor, 2007</xref>; <xref ref-type="bibr" rid="B45">Vreeker et al., 1986</xref>). We can understand the phenomenon of photon locking in the TLS by considering the time evolution of the TLS when a pump and probe pulse are sequentially applied. In the case where the pump Rabi phase is zero and the pulse is a resonant <inline-formula id="inf37">
<mml:math id="m41">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c0;</mml:mi>
<mml:mo>/</mml:mo>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> area pulse, the Bloch vector is rotated to <inline-formula id="inf38">
<mml:math id="m42">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c3;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x20d7;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mn>0,1,0</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>T</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>. If the probe Rabi phase is also zero (plus a multiple of <inline-formula id="inf39">
<mml:math id="m43">
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mi>&#x3c0;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>), then all the population would move to the excited state and we would have <inline-formula id="inf40">
<mml:math id="m44">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c3;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x20d7;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mn>0,0</mml:mn>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>T</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> as if a single <inline-formula id="inf41">
<mml:math id="m45">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c0;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> pulse was applied. We note that in this case, the probe and <inline-formula id="inf42">
<mml:math id="m46">
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c3;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> are out of phase. However, in the case where the probe Rabi phase is <inline-formula id="inf43">
<mml:math id="m47">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c0;</mml:mi>
<mml:mo>/</mml:mo>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> (plus a multiple of <inline-formula id="inf44">
<mml:math id="m48">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c0;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>), the probe and <inline-formula id="inf45">
<mml:math id="m49">
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c3;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> are in-phase, satisfying condition <inline-formula id="inf46">
<mml:math id="m50">
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c3;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x20d7;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">&#x2016;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mrow>
<mml:mi>v</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x20d7;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, and this results in no population transfer. Another identification we can make is that <inline-formula id="inf47">
<mml:math id="m51">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c3;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x20d7;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> corresponds to an eigenstate of <inline-formula id="inf48">
<mml:math id="m52">
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mrow>
<mml:mi>H</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x303;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> (<xref ref-type="disp-formula" rid="e1">Equation 1</xref>), which is a time-dependent Hamiltonian that also has time-independent eigenstates-implying that <inline-formula id="inf49">
<mml:math id="m53">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c3;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x20d7;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> is also an eigenstate of time evolution.</p>
<fig id="F1" position="float">
<label>FIGURE 1</label>
<caption>
<p>Demonstration of the Bloch vector <inline-formula id="inf50">
<mml:math id="m54">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c3;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x20d7;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> (green) evolution by the torque <inline-formula id="inf51">
<mml:math id="m55">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c3;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x307;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">&#x302;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> (purple) induced by the driving vector (red unit vector <inline-formula id="inf52">
<mml:math id="m56">
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mrow>
<mml:mi>v</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">&#x302;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>).</p>
</caption>
<graphic xlink:href="frqst-04-1526469-g001.tif">
<alt-text content-type="machine-generated">A Bloch sphere diagram depicting quantum state vectors. The sphere shows labeled axes x, y, and z with quantum states |1&#x27E9; and |2&#x27E9;. It includes vectors: \(\hat{v}\) in red, \(\vec{\sigma}_0\) in green, and another \(\vec{\sigma}_0\) in purple, extending from the origin.</alt-text>
</graphic>
</fig>
<p>By itself, this condition is insufficient for us to obtain transparency. While the atom undergoes no dynamics from the driving vector when the condition <inline-formula id="inf53">
<mml:math id="m57">
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c3;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x20d7;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">&#x2016;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mrow>
<mml:mi>v</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x20d7;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> is satisfied, this does not necessarily imply that the field experiences no change (up to some phase shift). Indeed, an introduction of a chirp or phase to the field will unravel transparency. Unlike the case of EIT, where the absorption pathway is completely suppressed, with photon locking both absorption and stimulated emission processes still occur-such that there can still be a polarization response from a single atom. A nonzero population inversion <inline-formula id="inf54">
<mml:math id="m58">
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c3;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>z</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2260;</mml:mo>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> will result in a polarization response to the pulse, that results in the rotation of <inline-formula id="inf55">
<mml:math id="m59">
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mrow>
<mml:mi>v</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x20d7;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> as the pulse propagates in the medium, hence photon locking by itself is insufficient a criterion for transparency of the TLS medium to the pulse. We find that in the limit where <inline-formula id="inf56">
<mml:math id="m60">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c3;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>z</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">&#x394;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, we obtain the condition that the phase of the atomic coherence must be equal to the Rabi phase <inline-formula id="inf57">
<mml:math id="m61">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3d5;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, up to a multiple of <inline-formula id="inf58">
<mml:math id="m62">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c0;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>. The condition for phase-dependent transparency is given explicitly below,<disp-formula id="e5">
<mml:math id="m63">
<mml:mrow>
<mml:mtable class="aligned">
<mml:mtr>
<mml:mtd columnalign="right">
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c3;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>z</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">&#x394;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>0</mml:mn>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mspace width="2em"/>
<mml:mi>arg</mml:mi>
<mml:mfenced open="[" close="]">
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c3;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mi>arg</mml:mi>
<mml:mfenced open="[" close="]">
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">&#x3a9;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mtext>mod</mml:mtext>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c0;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
</mml:mtable>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label>(5)</label>
</disp-formula>
</p>
<p>The satisfaction of the above condition (<xref ref-type="disp-formula" rid="e5">Equation 5</xref>) results in phase-dependent transparency, where the scattering processes that result in population shift upwards (absorption) and downwards (stimulated emission) have equal probability amplitudes (in magnitude and phase) and exactly cancel, resulting in no phase shifts to the field. Using the equations of motion for the pulse envelope <inline-formula id="inf59">
<mml:math id="m64">
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">&#x3a9;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>x</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, we see that this results in no polarization response to the pulse. If the phases of the two scattering amplitudes are not equal up to a multiple of <inline-formula id="inf60">
<mml:math id="m65">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c0;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, we will observe Rabi flopping (population cycling). On the other hand, if there is some population inversion in the medium (which requires <inline-formula id="inf61">
<mml:math id="m66">
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">&#x394;</mml:mi>
<mml:mo>&#x2260;</mml:mo>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> to satisfy <inline-formula id="inf62">
<mml:math id="m67">
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mrow>
<mml:mi>v</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x20d7;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#xd7;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c3;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x20d7;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>), there will generally be a phase-shift to the pulse after it interacts with the TLS. This altogether justifies the constraint <xref ref-type="disp-formula" rid="e5">Equation 5</xref>. Additionally, we note that all scattering terms preserve the phase of <inline-formula id="inf63">
<mml:math id="m68">
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">&#x7c;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c8;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo stretchy="false">&#x232a;</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, as seen when we calculate the Dyson series, giving us an alternate derivation for the phase matching condition, see <xref ref-type="sec" rid="s11">Supplementary Material</xref> (<xref ref-type="bibr" rid="B36">Ramaswamy and Malinovskaya, 2024</xref>).</p>
<p>For the equations of motion of the probe pulse, we utilize the retarded Green&#x2019;s function to propagate the solution of <xref ref-type="disp-formula" rid="e3">Equation 3</xref> and <xref ref-type="disp-formula" rid="e4">Equation 4</xref> using the initial conditions at <inline-formula id="inf64">
<mml:math id="m69">
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> for the probe <inline-formula id="inf65">
<mml:math id="m70">
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">&#x3a9;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>x</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">&#x3a9;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>c</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mi>x</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> and Bloch vector <inline-formula id="inf66">
<mml:math id="m71">
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c3;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x20d7;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>x</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>. The resulting field is the sum of the free field and the scatterer contributions.<disp-formula id="e6">
<mml:math id="m72">
<mml:mrow>
<mml:mtable class="aligned">
<mml:mtr>
<mml:mtd columnalign="right"/>
<mml:mtd columnalign="left">
<mml:mi mathvariant="normal">&#x3a9;</mml:mi>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mi>x</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>e</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mo>/</mml:mo>
<mml:mi>c</mml:mi>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x222b;</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>x</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mi>d</mml:mi>
<mml:mi>&#x3be;</mml:mi>
<mml:mtext>&#x2009;</mml:mtext>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3d5;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x307;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>c</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mi>x</mml:mi>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mi>&#x3be;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mfenced open="(" close="">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">&#x3a9;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>c</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mi>x</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3bc;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mi>&#x3c9;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mi>&#x210f;</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3f5;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mi>c</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd columnalign="right"/>
<mml:mtd columnalign="left">
<mml:mfenced open="" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mo>&#xd7;</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x222b;</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>x</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mi>d</mml:mi>
<mml:mi>&#x3b6;</mml:mi>
<mml:mtext>&#x2009;</mml:mtext>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>e</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mo>/</mml:mo>
<mml:mi>c</mml:mi>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x222b;</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b6;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mi>d</mml:mi>
<mml:mi>&#x3be;</mml:mi>
<mml:mtext>&#x2009;</mml:mtext>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3d5;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x307;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>c</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mi>x</mml:mi>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mi>&#x3be;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c3;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b6;</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>c</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mi>x</mml:mi>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mi>&#x3b6;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
</mml:mtable>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label>(6)</label>
</disp-formula>
</p>
<p>We also obtain the below integral equation for <inline-formula id="inf67">
<mml:math id="m73">
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c3;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>x</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>,<disp-formula id="e7">
<mml:math id="m74">
<mml:mrow>
<mml:mtable class="aligned">
<mml:mtr>
<mml:mtd columnalign="right"/>
<mml:mtd columnalign="left">
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c3;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mi>x</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c3;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mi>x</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>e</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">&#x393;</mml:mi>
<mml:mo>/</mml:mo>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">&#x394;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>e</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x222b;</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mi>d</mml:mi>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2032;</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mtext>&#x2009;</mml:mtext>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3d5;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x307;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2032;</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd columnalign="right"/>
<mml:mtd columnalign="left">
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>e</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x222b;</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mi>d</mml:mi>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2032;</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mtext>&#x2009;</mml:mtext>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3d5;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x307;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2032;</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x222b;</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mi>d</mml:mi>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2032;</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mtext>&#x2009;</mml:mtext>
<mml:mi mathvariant="normal">&#x3a9;</mml:mi>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mi>x</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2032;</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>e</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">&#x393;</mml:mi>
<mml:mo>/</mml:mo>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">&#x394;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2032;</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd columnalign="right"/>
<mml:mtd columnalign="left">
<mml:mo>&#xd7;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>e</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x222b;</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2032;</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mi>d</mml:mi>
<mml:mi>&#x3b6;</mml:mi>
<mml:mtext>&#x2009;</mml:mtext>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3d5;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x307;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b6;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c3;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>z</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mi>x</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2032;</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
</mml:mtable>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label>(7)</label>
</disp-formula>which when substituted into <xref ref-type="disp-formula" rid="e6">Equation 6</xref>, separates the free polarization component of the Rabi frequency, <inline-formula id="inf68">
<mml:math id="m75">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">&#x3a9;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>f</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>x</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>L</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x222b;</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>x</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mi>d</mml:mi>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>x</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2032;</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c3;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>x</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2032;</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">&#x393;</mml:mi>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>e</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">&#x393;</mml:mi>
<mml:mo>/</mml:mo>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">&#x394;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>c</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>x</mml:mi>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>x</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2032;</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, from the polarization response to the field, which depends on the population inversion <inline-formula id="inf69">
<mml:math id="m76">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c3;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>z</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>x</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>. Here, <inline-formula id="inf70">
<mml:math id="m77">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mi>L</mml:mi>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3bc;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mi>&#x3c9;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mi>&#x210f;</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3f5;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mi>c</mml:mi>
<mml:mi mathvariant="normal">&#x393;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> is the optical depth at resonance. When the condition <inline-formula id="inf71">
<mml:math id="m78">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c4;</mml:mi>
<mml:mo>&#x226a;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">&#x393;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> is satisfied, we can neglect the contribution from spontaneous emission but we retain the term in our simulations for completion. The free polarization field has negligible contribution to the Bloch vector for <inline-formula id="inf72">
<mml:math id="m79">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mi>&#x3c4;</mml:mi>
<mml:mo>&#x226a;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>. As long as <inline-formula id="inf73">
<mml:math id="m80">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c3;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>z</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> everywhere in the medium, and for all time, there will be no polarization response to the pulse, and the driving vector <inline-formula id="inf74">
<mml:math id="m81">
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mrow>
<mml:mi>v</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x20d7;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>x</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> will not rotate. It follows that the field propagates transparently in the atomic medium when the conditions for phase-dependent transparency are satisfied.</p>
<p>To verify the transmission/absorption behavior for different values of the initial phase <inline-formula id="inf75">
<mml:math id="m82">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3d5;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, we compute the normalized intensity-time integral:<disp-formula id="e8">
<mml:math id="m83">
<mml:mrow>
<mml:mi>Q</mml:mi>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mi>x</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x222b;</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mi>&#x3c4;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c4;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mi>d</mml:mi>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2032;</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mtext>&#x2009;</mml:mtext>
<mml:mo stretchy="false">&#x7c;</mml:mo>
<mml:mi mathvariant="normal">&#x3a9;</mml:mi>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mi>x</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2032;</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mo>/</mml:mo>
<mml:mi mathvariant="normal">&#x3a9;</mml:mi>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mn>0</mml:mn>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2032;</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">&#x7c;</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label>(8)</label>
</disp-formula>
</p>
<p>In the transparent case <inline-formula id="inf76">
<mml:math id="m84">
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3d5;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mi>&#x3c0;</mml:mi>
<mml:mo>/</mml:mo>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, the probe and free polarization fields are out of phase by <inline-formula id="inf77">
<mml:math id="m85">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c0;</mml:mi>
<mml:mo>/</mml:mo>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> and thus do not interfere. Therefore, we subtract the free polarization contribution from the total intensity before calculating <inline-formula id="inf78">
<mml:math id="m86">
<mml:mrow>
<mml:mi>Q</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>x</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>. To analyze the dispersive properties of the medium, we compute the group delay <inline-formula id="inf79">
<mml:math id="m87">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c4;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>g</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>x</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> and the temporal variance <inline-formula id="inf80">
<mml:math id="m88">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c3;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c4;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>x</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> of the transmitted field,<disp-formula id="e9">
<mml:math id="m89">
<mml:mrow>
<mml:mtable class="aligned">
<mml:mtr>
<mml:mtd columnalign="right"/>
<mml:mtd columnalign="left">
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c4;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>g</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mi>x</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x222b;</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mi>d</mml:mi>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2032;</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mtext>&#x2009;</mml:mtext>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2032;</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mo stretchy="false">&#x7c;</mml:mo>
<mml:mi mathvariant="normal">&#x3a9;</mml:mi>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mi>x</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2032;</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">&#x7c;</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x222b;</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mi>d</mml:mi>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2032;</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mtext>&#x2009;</mml:mtext>
<mml:mo stretchy="false">&#x7c;</mml:mo>
<mml:mi mathvariant="normal">&#x3a9;</mml:mi>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mi>x</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2032;</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">&#x7c;</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd columnalign="right"/>
<mml:mtd columnalign="left">
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c3;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c4;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mi>x</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x222b;</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mi>d</mml:mi>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2032;</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mtext>&#x2009;</mml:mtext>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2032;</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c4;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>g</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mi>x</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mo stretchy="false">&#x7c;</mml:mo>
<mml:mi mathvariant="normal">&#x3a9;</mml:mi>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mi>x</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2032;</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">&#x7c;</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x222b;</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mi>d</mml:mi>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2032;</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mtext>&#x2009;</mml:mtext>
<mml:mo stretchy="false">&#x7c;</mml:mo>
<mml:mi mathvariant="normal">&#x3a9;</mml:mi>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mi>x</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2032;</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">&#x7c;</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
</mml:mtable>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label>(9)</label>
</disp-formula>
</p>
<p>In the absorptive case <inline-formula id="inf81">
<mml:math id="m90">
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3d5;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, the probe and free polarization fields are both purely imaginary and interfere coherently. As a result, they cannot be individually resolved, and their interaction gives rise to a cross term <inline-formula id="inf82">
<mml:math id="m91">
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mtext>Re</mml:mtext>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">[</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">&#x3a9;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>f</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">&#x3a9;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mtext>pr</mml:mtext>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2a;</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">]</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> in the intensity. Although the population inversion remains approximately zero <inline-formula id="inf83">
<mml:math id="m92">
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c3;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>z</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2248;</mml:mo>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, a strong optical torque is exerted on the Bloch vector due to this coherent interaction, leading to energy transfer that is suppressed in the photon-locking regime. We numerically simulated the propagation of resonant pulses using <xref ref-type="disp-formula" rid="e3">Equations 3</xref>, <xref ref-type="disp-formula" rid="e6">6</xref> using the method of lines in space, and integrated the ODE equations in the retarded time coordinate <inline-formula id="inf84">
<mml:math id="m93">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c4;</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mi>z</mml:mi>
<mml:mo>/</mml:mo>
<mml:mi>c</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>. We considered the two cases of <inline-formula id="inf85">
<mml:math id="m94">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3d5;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>0</mml:mn>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mtext>&#x2009;</mml:mtext>
<mml:mi>&#x3c0;</mml:mi>
<mml:mo>/</mml:mo>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, with <inline-formula id="inf86">
<mml:math id="m95">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3d5;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>x</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, in a medium of Rb-87 atoms initialized in state <inline-formula id="inf87">
<mml:math id="m96">
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">&#x7c;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo stretchy="false">&#x232a;</mml:mo>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mo stretchy="false">&#x7c;</mml:mo>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mo stretchy="false">&#x232a;</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mo>/</mml:mo>
<mml:msqrt>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msqrt>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, see <xref ref-type="fig" rid="F2">Figure 2</xref> <inline-formula id="inf88">
<mml:math id="m97">
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3d5;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> and <xref ref-type="fig" rid="F3">Figure 3</xref> <inline-formula id="inf89">
<mml:math id="m98">
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3d5;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mi>&#x3c0;</mml:mi>
<mml:mo>/</mml:mo>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>. The decay rate is given by <inline-formula id="inf90">
<mml:math id="m99">
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">&#x393;</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mi>&#x3c0;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mn>6.05</mml:mn>
<mml:mtext>&#x2009;MHz</mml:mtext>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>. In the absence of photon locking <inline-formula id="inf91">
<mml:math id="m100">
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3d5;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, we observe the expected absorption of the probe field, as population is transferred to the excited state. This process perturbs the linear evolution of <inline-formula id="inf92">
<mml:math id="m101">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c3;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>z</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>x</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> and <inline-formula id="inf93">
<mml:math id="m102">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c3;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>y</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>x</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> associated with the free polarization field. Coherent interference between the probe and free polarization leads to a pronounced intensity reduction of <inline-formula id="inf94">
<mml:math id="m103">
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>16.9</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> dB in <inline-formula id="inf95">
<mml:math id="m104">
<mml:mrow>
<mml:mi>Q</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>x</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> at <inline-formula id="inf96">
<mml:math id="m105">
<mml:mrow>
<mml:mi>x</mml:mi>
<mml:mo>&#x2248;</mml:mo>
<mml:mn>0.254</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> m, beyond which the intensity increases-see <xref ref-type="fig" rid="F4">Figure 4</xref>.</p>
<fig id="F2" position="float">
<label>FIGURE 2</label>
<caption>
<p>Numerics of the normalized probe intensity (top) and Bloch vector components <inline-formula id="inf97">
<mml:math id="m106">
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c3;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>x</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c3;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>y</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c3;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>z</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>/</mml:mo>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> versus the retarded time <inline-formula id="inf98">
<mml:math id="m107">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c4;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> at different distances <inline-formula id="inf99">
<mml:math id="m108">
<mml:mrow>
<mml:mi>x</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> for the absorptive case <inline-formula id="inf100">
<mml:math id="m109">
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3d5;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>. The incident probe has pulse area <inline-formula id="inf101">
<mml:math id="m110">
<mml:mrow>
<mml:mn>0.004</mml:mn>
<mml:mi>&#x3c0;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> and duration <inline-formula id="inf102">
<mml:math id="m111">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c4;</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>100</mml:mn>
<mml:mtext>&#x2009;ps</mml:mtext>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>.</p>
</caption>
<graphic xlink:href="frqst-04-1526469-g002.tif">
<alt-text content-type="machine-generated">Four graphs display different functions over time, \( \tau \) in microseconds, for positions \( x = 0 \), \( x = 0.05 \, \text{m} \), \( x = 0.25 \, \text{m} \), and \( x = 0.35 \, \text{m} \). The top graph shows the normalized amplitude squared \( |\Omega(x,t)/\Omega_0|^2 \), with distinct peak shapes for each \( x \). The second graph illustrates \( (1 - \sigma_Z(x,t))/2 \) showing variation. The third graph depicts \( \sigma_Y(x,t) \) trending downward. The fourth graph shows \( \sigma_X(x,t) \) consistently near zero, with minimal variation. Each graph uses similar legend colors for \( x \) values.</alt-text>
</graphic>
</fig>
<fig id="F3" position="float">
<label>FIGURE 3</label>
<caption>
<p>Numerics of the normalized probe intensity (top) and Bloch vector components <inline-formula id="inf103">
<mml:math id="m112">
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c3;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>x</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c3;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>y</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c3;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>z</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>/</mml:mo>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> versus the retarded time <inline-formula id="inf104">
<mml:math id="m113">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c4;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> at different distances <inline-formula id="inf105">
<mml:math id="m114">
<mml:mrow>
<mml:mi>x</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> for the PDT case <inline-formula id="inf106">
<mml:math id="m115">
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3d5;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mi>&#x3c0;</mml:mi>
<mml:mo>/</mml:mo>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>. The incident probe has pulse area <inline-formula id="inf107">
<mml:math id="m116">
<mml:mrow>
<mml:mn>0.004</mml:mn>
<mml:mi>&#x3c0;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> and duration <inline-formula id="inf108">
<mml:math id="m117">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c4;</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>100</mml:mn>
<mml:mtext>&#x2009;ps</mml:mtext>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>.</p>
</caption>
<graphic xlink:href="frqst-04-1526469-g003.tif">
<alt-text content-type="machine-generated">Four stacked line graphs show data for different values of x: 0, 0.05, 0.25, and 0.35 meters, represented by red, blue, green, and purple lines respectively. The top graph displays a symmetric curve. The second graph shows downward-sloping lines. The third graph also shows downward-sloping lines, but at a more gradual rate. The bottom graph depicts lines around zero, indicating minimal change.</alt-text>
</graphic>
</fig>
<fig id="F4" position="float">
<label>FIGURE 4</label>
<caption>
<p>Normalized intensity-time integral <inline-formula id="inf109">
<mml:math id="m118">
<mml:mrow>
<mml:mi>Q</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>x</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> (in dB units) versus position for the absorptive configuration as in <xref ref-type="fig" rid="F2">Figure 2</xref>.</p>
</caption>
<graphic xlink:href="frqst-04-1526469-g004.tif">
<alt-text content-type="machine-generated">Graph showing \( Q(x) \) in decibels (dB) versus \( x \) in meters. The curve decreases to a minimum at around \( x = 0.25 \) m, reaching below \(-15\) dB, and then rises above 6 dB as \( x \) approaches 1 m.</alt-text>
</graphic>
</fig>
<p>The dispersive behavior observed in this regime arises from the coherent interference between the probe and the free polarization field. As shown in the plots of the temporal quantities (<xref ref-type="disp-formula" rid="e9">Equation 9</xref>) in <xref ref-type="fig" rid="F5">Figure 5</xref>, for propagation distances <inline-formula id="inf110">
<mml:math id="m119">
<mml:mrow>
<mml:mi>x</mml:mi>
<mml:mo>&#x3c;</mml:mo>
<mml:mn>0.2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> m, the pulse exhibits significant temporal narrowing, evidenced by a decrease in the temporal variance <inline-formula id="inf111">
<mml:math id="m120">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c3;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c4;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>x</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, along with a small positive group delay <inline-formula id="inf112">
<mml:math id="m121">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c4;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>g</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>x</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x3e;</mml:mo>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>. In this region, the probe field amplitude exceeds that of the free polarization, and destructive interference primarily suppresses the resonant spectral components of the probe, effectively preserving its off-resonant spectral components. For <inline-formula id="inf113">
<mml:math id="m122">
<mml:mrow>
<mml:mi>x</mml:mi>
<mml:mo>&#x3e;</mml:mo>
<mml:mn>0.2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> m, the free polarization becomes dominant, leading to temporal broadening of the total field relative to the input probe. Both the group delay and temporal variance asymptotically approach the characteristic values of the free polarization field alone.</p>
<fig id="F5" position="float">
<label>FIGURE 5</label>
<caption>
<p>Normalized group delay <inline-formula id="inf114">
<mml:math id="m123">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c4;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>g</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>x</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>/</mml:mo>
<mml:mi>&#x3c4;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> (blue) and normalized temporal variance <inline-formula id="inf115">
<mml:math id="m124">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c3;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c4;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>x</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>/</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c3;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c4;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> (in dB units) versus position for the absorptive configuration as in <xref ref-type="fig" rid="F2">Figure 2</xref>.</p>
</caption>
<graphic xlink:href="frqst-04-1526469-g005.tif">
<alt-text content-type="machine-generated">Graph displaying two curves on a shared x-axis labeled &#x22;x (m)&#x22; ranging from 0 to 1. The blue curve, with a left y-axis label \( \tau_g(x)/\tau \), varies between -0.01 and 0.002. The red curve, with a right y-axis label \( \sigma_\tau^2(x) / \sigma_\tau^2(0) \) in decibels, ranges from -4 to 4. Both curves exhibit complex waveforms with significant peaks and troughs between 0.2 and 0.4 on the x-axis.</alt-text>
</graphic>
</fig>
<p>Phase-dependent transparency is obtained for the photon locking case <inline-formula id="inf116">
<mml:math id="m125">
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3d5;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mi>&#x3c0;</mml:mi>
<mml:mo>/</mml:mo>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> where the probe intensity profile remains unchanged throughout the medium. The change to the atomic Bloch vector <inline-formula id="inf117">
<mml:math id="m126">
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c3;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x20d7;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>x</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> is purely linear, unlike the absorptive case where absorption of the probe field increased the population inversion <inline-formula id="inf118">
<mml:math id="m127">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c3;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>z</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>. The persistence of <inline-formula id="inf119">
<mml:math id="m128">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c3;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>z</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>x</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x2248;</mml:mo>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, along with the relative phase condition (<xref ref-type="disp-formula" rid="e5">Equation 5</xref>) leads to a vanishing optical response in <xref ref-type="disp-formula" rid="e7">Equation 7</xref>. As shown in <xref ref-type="fig" rid="F6">Figure 6</xref>, the change in the probe intensity-time integral <inline-formula id="inf120">
<mml:math id="m129">
<mml:mrow>
<mml:mi>Q</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>x</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> remains small&#x2014;approximately <inline-formula id="inf121">
<mml:math id="m130">
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mo>&#xd7;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> at <inline-formula id="inf122">
<mml:math id="m131">
<mml:mrow>
<mml:mi>x</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>1.0</mml:mn>
<mml:mtext>&#x2009;</mml:mtext>
<mml:mi mathvariant="normal">m</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>. Note that for the total transmitted field, the free polarization field must also be included in the integral for <inline-formula id="inf123">
<mml:math id="m132">
<mml:mrow>
<mml:mi>Q</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>x</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>. Due to the <inline-formula id="inf124">
<mml:math id="m133">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c0;</mml:mi>
<mml:mo>/</mml:mo>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> phase offset between the probe and free polarization fields, this contribution increases <inline-formula id="inf125">
<mml:math id="m134">
<mml:mrow>
<mml:mi>Q</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>x</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> without affecting the probe profile. In addition to this negligible absorption, the group delay <inline-formula id="inf126">
<mml:math id="m135">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c4;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>g</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>x</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> and temporal variance <inline-formula id="inf127">
<mml:math id="m136">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c3;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c4;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>x</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> show minimal variation across the medium (see <xref ref-type="fig" rid="F7">Figure 7</xref>), further supporting our characterization of the observed behavior as PDT. Together, these results confirm that the field propagation satisfies <inline-formula id="inf128">
<mml:math id="m137">
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">&#x3a9;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>x</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x2248;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">&#x3a9;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mi>x</mml:mi>
<mml:mo>/</mml:mo>
<mml:mi>c</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, in agreement with our numerical simulations.</p>
<fig id="F6" position="float">
<label>FIGURE 6</label>
<caption>
<p>Normalized intensity-time integral <inline-formula id="inf129">
<mml:math id="m138">
<mml:mrow>
<mml:mi>Q</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>x</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> (in dB units) versus position for the PDT configuration as in <xref ref-type="fig" rid="F5">Figure 5</xref>.</p>
</caption>
<graphic xlink:href="frqst-04-1526469-g006.tif">
<alt-text content-type="machine-generated">Graph showing a red curve representing Q(x) in decibels on the vertical axis, plotted against x in meters on the horizontal axis. The curve starts at 0 decibels at x equals 0 and gradually decreases to approximately negative 0.008 decibels at x equals 1.</alt-text>
</graphic>
</fig>
<fig id="F7" position="float">
<label>FIGURE 7</label>
<caption>
<p>Normalized group delay <inline-formula id="inf130">
<mml:math id="m139">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c4;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>g</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>x</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>/</mml:mo>
<mml:mi>&#x3c4;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> (blue) and normalized temporal variance <inline-formula id="inf131">
<mml:math id="m140">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c3;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c4;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>x</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>/</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c3;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c4;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> (in dB units) versus position for the PDT configuration as in <xref ref-type="fig" rid="F5">Figure 5</xref>.</p>
</caption>
<graphic xlink:href="frqst-04-1526469-g007.tif">
<alt-text content-type="machine-generated">A graph with two curves on a plot. The x-axis is labeled with &#x22;x (m)&#x22; ranging from 0 to 1.0. The left y-axis in blue shows &#x22;&#x3C4;&#x2089;(x)/&#x3C4; (10&#x207B;&#xB3;)&#x22; with values from -1.5 to 0. The right y-axis in red shows &#x22;&#x3C3;&#x1D40;&#xB2;(x)/&#x3C3;&#x1D40;&#xB2;(0) (10&#x207B;&#x2074; dB)&#x22; with values from -1.4 to 0. The blue curve decreases more steeply than the red curve.</alt-text>
</graphic>
</fig>
</sec>
<sec sec-type="discussion" id="s4">
<title>Discussion</title>
<p>The transparency phenomenon is robust to the probe detuning to an extent, see <xref ref-type="fig" rid="F8">Figure 8</xref>. For <inline-formula id="inf132">
<mml:math id="m141">
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">&#x7c;</mml:mo>
<mml:mi mathvariant="normal">&#x394;</mml:mi>
<mml:mi>&#x3c4;</mml:mi>
<mml:mo stretchy="false">&#x7c;</mml:mo>
<mml:mo>&#x226a;</mml:mo>
<mml:mo stretchy="false">&#x7c;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">&#x3a9;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">&#x7c;</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, there is negligible transfer of coherence from <inline-formula id="inf133">
<mml:math id="m142">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c3;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>y</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> to <inline-formula id="inf134">
<mml:math id="m143">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c3;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>x</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> and hence negligible population transfer. However as the detuning or pulse duration increases, population will either shift to the ground or excited state depending on the sign of <inline-formula id="inf135">
<mml:math id="m144">
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">&#x394;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>. In the case of initial state <inline-formula id="inf136">
<mml:math id="m145">
<mml:mrow>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">&#x7c;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo stretchy="false">&#x232a;</mml:mo>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mo stretchy="false">&#x7c;</mml:mo>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mo stretchy="false">&#x232a;</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msqrt>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msqrt>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> and <inline-formula id="inf137">
<mml:math id="m146">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3d5;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mi>&#x3c0;</mml:mi>
<mml:mo>/</mml:mo>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, the Bloch equation (<xref ref-type="disp-formula" rid="e3">Equation 3</xref>) shows that population shifts to the ground state for <inline-formula id="inf138">
<mml:math id="m147">
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">&#x394;</mml:mi>
<mml:mo>&#x3c;</mml:mo>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> and to the excited state for <inline-formula id="inf139">
<mml:math id="m148">
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">&#x394;</mml:mi>
<mml:mo>&#x3e;</mml:mo>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> as we increase <inline-formula id="inf140">
<mml:math id="m149">
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">&#x7c;</mml:mo>
<mml:mi mathvariant="normal">&#x394;</mml:mi>
<mml:mo stretchy="false">&#x7c;</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>. The population transfer cycles between the two states as we increase <inline-formula id="inf141">
<mml:math id="m150">
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">&#x7c;</mml:mo>
<mml:mi mathvariant="normal">&#x394;</mml:mi>
<mml:mo stretchy="false">&#x7c;</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> further. This occurs because the initially imaginary coherence is transferred to the real coherence at a rate <inline-formula id="inf142">
<mml:math id="m151">
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">&#x394;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> and the real coherence is transferred to the population inversion, <inline-formula id="inf143">
<mml:math id="m152">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c3;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>z</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, with rate <inline-formula id="inf144">
<mml:math id="m153">
<mml:mrow>
<mml:mtext>Im</mml:mtext>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">[</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">&#x3a9;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">]</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>. The signs of <inline-formula id="inf145">
<mml:math id="m154">
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">&#x394;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> are reversed for <inline-formula id="inf146">
<mml:math id="m155">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3d5;</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mi>&#x3c0;</mml:mi>
<mml:mo>/</mml:mo>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>.</p>
<fig id="F8" position="float">
<label>FIGURE 8</label>
<caption>
<p>Plot of the excited state population <inline-formula id="inf147">
<mml:math id="m156">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c1;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>e</mml:mi>
<mml:mi>e</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> after interaction with a <inline-formula id="inf148">
<mml:math id="m157">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c0;</mml:mi>
<mml:mo>/</mml:mo>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> pulse with relative phase zero versus the probe detuning <inline-formula id="inf149">
<mml:math id="m158">
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">&#x394;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> and the pulse duration <inline-formula id="inf150">
<mml:math id="m159">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c4;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, in arbitrary units.</p>
</caption>
<graphic xlink:href="frqst-04-1526469-g008.tif">
<alt-text content-type="machine-generated">Contour plot illustrating the relationship between pulse duration (&#x3C4;) and detuning (&#x394;), showing varying intensities of &#x3C1;_ee. Color gradient ranges from blue (0.0) to yellow (1.0).</alt-text>
</graphic>
</fig>
<p>The degradation of phase-dependent transparency (PDT) in the presence of nonzero detuning implies that a thermal velocity distribution in the atomic medium will similarly be detrimental. To examine how a distribution of detunings affects transparency even when the phase-locking condition is satisfied, we introduce a velocity distribution <inline-formula id="inf151">
<mml:math id="m160">
<mml:mrow>
<mml:mi>g</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mrow>
<mml:mi>v</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x20d7;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> and a velocity-dependent detuning <inline-formula id="inf152">
<mml:math id="m161">
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">&#x394;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mrow>
<mml:mi>v</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x20d7;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">&#x394;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x20d7;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x22c5;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mrow>
<mml:mi>v</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x20d7;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>. We assume all atoms, regardless of their velocity class, are initialized in the maximally coherent Bloch state <inline-formula id="inf153">
<mml:math id="m162">
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mn>0,1,0</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>T</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>. We consider the averaged Bloch vector <inline-formula id="inf154">
<mml:math id="m163">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c3;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mtext>av</mml:mtext>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>x</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mo>&#x222b;</mml:mo>
<mml:mi>d</mml:mi>
<mml:mi>v</mml:mi>
<mml:mtext>&#x2009;</mml:mtext>
<mml:mi>g</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mrow>
<mml:mi>v</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x20d7;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c3;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>x</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>;</mml:mo>
<mml:mi>v</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> and expand the general solution to first order in <inline-formula id="inf155">
<mml:math id="m164">
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">&#x394;</mml:mi>
<mml:mi>&#x3c4;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, assuming that <inline-formula id="inf156">
<mml:math id="m165">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">&#x394;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mtext>th</mml:mtext>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mo stretchy="false">&#x7c;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">&#x3a9;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo stretchy="false">&#x7c;</mml:mo>
<mml:mo>&#x226a;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c4;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> where <inline-formula id="inf157">
<mml:math id="m166">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">&#x394;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mtext>th</mml:mtext>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> is the Doppler width. We move to the interaction picture in which the time-dependence of the Rabi frequency is explicitly retained, such that <inline-formula id="inf158">
<mml:math id="m167">
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mrow>
<mml:mi>v</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x20d7;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>x</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mo stretchy="false">&#x7c;</mml:mo>
<mml:mi mathvariant="normal">&#x3a9;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>x</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">&#x7c;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>cos</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">&#x394;</mml:mi>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mi>&#x3d5;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>sin</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">&#x394;</mml:mi>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mi>&#x3d5;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>T</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> and expand to first order. The solution to <xref ref-type="disp-formula" rid="e3">Equation 3</xref> for <inline-formula id="inf159">
<mml:math id="m168">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3d5;</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mi>&#x3c0;</mml:mi>
<mml:mo>/</mml:mo>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> is given by,<disp-formula id="e10">
<mml:math id="m169">
<mml:mrow>
<mml:mtable class="aligned">
<mml:mtr>
<mml:mtd columnalign="right"/>
<mml:mtd columnalign="left">
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c3;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x20d7;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mi>x</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mo>&#x223c;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c3;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x20d7;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mi>x</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">&#x394;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mtext>th</mml:mtext>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mi>&#x3c4;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">&#x3a9;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mi>&#x3c4;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x222b;</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">&#x394;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mtext>th</mml:mtext>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">&#x394;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mtext>th</mml:mtext>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mi>d</mml:mi>
<mml:mi>v</mml:mi>
<mml:mi>g</mml:mi>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mrow>
<mml:mi>v</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x20d7;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">&#x394;</mml:mi>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mrow>
<mml:mi>v</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x20d7;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">&#x394;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mtext>th</mml:mtext>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd columnalign="right"/>
<mml:mtd columnalign="left">
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">&#x3a9;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mi>&#x3c4;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mi>&#x3c4;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x222b;</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mi>d</mml:mi>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2032;</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mo stretchy="false">&#x7c;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">&#x3a9;</mml:mi>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mi>x</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2032;</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">&#x3a9;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">&#x7c;</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mn>0</mml:mn>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mo stretchy="false">&#x7c;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">&#x3a9;</mml:mi>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mi>x</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">&#x3a9;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mo stretchy="false">&#x7c;</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>T</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mi mathvariant="script">O</mml:mi>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">&#x394;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mtext>th</mml:mtext>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mi>&#x3c4;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
</mml:mtable>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label>(10)</label>
</disp-formula>
</p>
<p>We can see that all terms in <xref ref-type="disp-formula" rid="e10">Equation 10</xref> are of the form <inline-formula id="inf160">
<mml:math id="m170">
<mml:mrow>
<mml:mi>c</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">&#x394;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mtext>th</mml:mtext>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mi>&#x3c4;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">&#x3a9;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mi>&#x3c4;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, where <inline-formula id="inf161">
<mml:math id="m171">
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">&#x7c;</mml:mo>
<mml:mi>c</mml:mi>
<mml:mo stretchy="false">&#x7c;</mml:mo>
<mml:mo>&#x223c;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>. Substituting this term into <xref ref-type="disp-formula" rid="e6">Equation 6</xref>, we similarly see a scaling of the absorption coefficient with <inline-formula id="inf162">
<mml:math id="m172">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">&#x394;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mtext>th</mml:mtext>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mi>&#x3c4;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>. It follows that we can suppress the effect of a non-zero detuning and Doppler broadening by enforcing <inline-formula id="inf163">
<mml:math id="m173">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">&#x394;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mtext>th</mml:mtext>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mo stretchy="false">&#x7c;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">&#x3a9;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo stretchy="false">&#x7c;</mml:mo>
<mml:mo>&#x226a;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c4;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>.</p>
<p>We have assumed the case of a homogeneous continuous vapor of two-level atoms in our model and assumed no inhomogeneous effects including variations in the spatial profile of the beam, frequency shifts of the atoms and the presence of background scatterer species that produce phase fluctuations in the probe. Due to the coherent nature of photon locking, any effects that disturb the coherent phase relationship between the atoms in the medium and the pulse will degrade PDT. While these effects are beyond the scope of this paper, we detail how our model can be extended to incorporate inhomogeneities for the interested reader. Position-dependent drifts in the transition frequencies of the atoms can be introduced as randomly assigned c-number detunings <inline-formula id="inf164">
<mml:math id="m174">
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">&#x394;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>x</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c3;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>z</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>x</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, selected from a Gaussian distribution with <inline-formula id="inf165">
<mml:math id="m175">
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">&#x27e8;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">&#x394;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>x</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">&#x27e9;</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:math>
</inline-formula>, <inline-formula id="inf166">
<mml:math id="m176">
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">&#x27e8;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">&#x394;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>x</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">&#x27e9;</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c3;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">&#x394;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
</mml:math>
</inline-formula> to model effects such as inhomogeneous magnetic shifts in a vapor cell or optical trap setup. The effects of these shifts on PDT is similar to the case of Doppler broadening where enforcement of the condition <inline-formula id="inf167">
<mml:math id="m177">
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">&#x7c;</mml:mo>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c3;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">&#x394;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mi>&#x3c4;</mml:mi>
<mml:mo stretchy="false">&#x7c;</mml:mo>
<mml:mo>&#x226a;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> can be used to suppress drift effects. Inhomogeneities in the probe beam profile can be introduced through phase kicks to the Rabi frequency <inline-formula id="inf168">
<mml:math id="m178">
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">&#x3a9;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>x</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x2192;</mml:mo>
<mml:mi mathvariant="normal">&#x3a9;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>x</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>e</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mi>&#x3d5;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>x</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, similarly selected from a Gaussian distribution with <inline-formula id="inf169">
<mml:math id="m179">
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">&#x27e8;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3d5;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>x</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">&#x27e9;</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:math>
</inline-formula>, <inline-formula id="inf170">
<mml:math id="m180">
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">&#x27e8;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3d5;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>x</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">&#x27e9;</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c3;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3d5;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
</mml:math>
</inline-formula>. In addition, we can incorporate the effect of decay and phase fluctuations in the field due to scattering from a background species by introducing to the SVEA unidirectional equation (<xref ref-type="disp-formula" rid="e4">Equation 4</xref>) a position dependent decay term <inline-formula id="inf171">
<mml:math id="m181">
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mi>&#x3ba;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>x</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">&#x3a9;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>x</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> and Langevin forces <inline-formula id="inf172">
<mml:math id="m182">
<mml:mrow>
<mml:mi>F</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>x</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> (<xref ref-type="bibr" rid="B39">Scully and Zubairy, 1997</xref>). A more rigorous theoretical examination of these effects will be explored in a future work.</p>
<p>As previously mentioned, the transparency effect is sustained when the condition <inline-formula id="inf173">
<mml:math id="m183">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c4;</mml:mi>
<mml:mo>&#x226a;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">&#x393;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> is satisfied. For larger scatterer densities, spontaneous emission and the free polarization generate a large enough field such that we can no longer neglect the contribution from the first term in <xref ref-type="disp-formula" rid="e7">Equation 7</xref>. We hence do not consider the phenomenon of phase-dependent transparency in the regime where open system dynamics become significant.</p>
<p>The results with PDT yields important conclusions on how we can use the phase of light fields to induce transparency by making the scattering amplitudes for absorption and stimulated emission equal in magnitude and phase. We remark that is different from EIT where the scattering amplitudes for absorption from different pathways sum to zero due to them being <inline-formula id="inf174">
<mml:math id="m184">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c0;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> out of phase with each other. There is a parallel in that we can tune induced transparency to induced absorption in the non steady-state case by changing the phase of the probe field (<xref ref-type="bibr" rid="B1">Abi-sallouma et al., 2007</xref>). Furthermore, in contrast with EIT, our approach would only require optical pumping to a state which is transparent to the probe field, and does not require a coupling field to generate the destructive interference required of EIT.</p>
<sec id="s4-1">
<title>All-optical switching</title>
<p>The results we developed here have applications in the development of optical switches (<xref ref-type="bibr" rid="B48">Yadav and Bhattacherjee, 2022</xref>; <xref ref-type="bibr" rid="B44">Volz et al., 2012</xref>). Indeed, phase dependent transparency could provide an easy way to generate on-demand transient absorption and transparency through control of the relative phase between the probe field and atomic coherence. To illustrate this, we introduce a conceptual scheme for all-optical switching in <xref ref-type="fig" rid="F9">Figure 9</xref>. A pump (red) and probe (green) pulse are prepared and joined at the third arm to generate a pulse sequence described by the tuple <inline-formula id="inf175">
<mml:math id="m185">
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>A</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3d5;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> where <inline-formula id="inf176">
<mml:math id="m186">
<mml:mrow>
<mml:mi>A</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> is the pulse area magnitude and <inline-formula id="inf177">
<mml:math id="m187">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3d5;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> is the Rabi phase. The distances of the arms <inline-formula id="inf178">
<mml:math id="m188">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>x</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> are used to set <inline-formula id="inf179">
<mml:math id="m189">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3d5;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>. The chamber (dark grey) is a medium of two level scatterers that are resonant with the frequencies of the two pulses. The pump pulse drives the system to the maximum coherence state, <inline-formula id="inf180">
<mml:math id="m190">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c3;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x20d7;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, and the response to the probe pulse is determined by the relative phase <inline-formula id="inf181">
<mml:math id="m191">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3d5;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3d5;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>. Since the <inline-formula id="inf182">
<mml:math id="m192">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c0;</mml:mi>
<mml:mo>/</mml:mo>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> pump pulse generates an atomic coherence that is <inline-formula id="inf183">
<mml:math id="m193">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c0;</mml:mi>
<mml:mo>/</mml:mo>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> out of phase with that of the pump pulse, completely transparent transmission of the probe pulse is achieved when <inline-formula id="inf184">
<mml:math id="m194">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3d5;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3d5;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2261;</mml:mo>
<mml:mi>&#x3c0;</mml:mi>
<mml:mo>/</mml:mo>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mtext>mod</mml:mtext>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c0;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>. On the other hand, if <inline-formula id="inf185">
<mml:math id="m195">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3d5;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3d5;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2261;</mml:mo>
<mml:mn>0</mml:mn>
<mml:mtext>mod</mml:mtext>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mi>&#x3c0;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, population is transferred to the excited state and we get absorption. We also mention the case for <inline-formula id="inf186">
<mml:math id="m196">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3d5;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3d5;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2261;</mml:mo>
<mml:mi>&#x3c0;</mml:mi>
<mml:mtext>mod</mml:mtext>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mi>&#x3c0;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> where population is returned to the ground state, resulting in amplification of the probe. After the probe pulse passes, the system is reset, where all the population is returned to the ground state, for application of the next pump-probe pulse sequence. The protocol we developed assumes that the TLSs interact with coherent fields that can be described by a semiclassical Hamiltonian. Therefore the results derived here can be extended to the cavity QED setup of a TLS interacting with a classical control field and cavity driven by a coherent probe field. For the purposes of all-optical switching with fast <inline-formula id="inf187">
<mml:math id="m197">
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x223c;</mml:mo>
<mml:mn>100</mml:mn>
<mml:mtext>&#x2009;</mml:mtext>
<mml:mi mathvariant="normal">p</mml:mi>
<mml:mi mathvariant="normal">s</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> pulses, switching contrasts of upwards of <inline-formula id="inf188">
<mml:math id="m198">
<mml:mrow>
<mml:mn>10</mml:mn>
<mml:mtext>&#x2009;</mml:mtext>
<mml:mi mathvariant="normal">d</mml:mi>
<mml:mi mathvariant="normal">B</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> are required. Using our definition of the intensity-time integral <inline-formula id="inf189">
<mml:math id="m199">
<mml:mrow>
<mml:mi>Q</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>x</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> (<xref ref-type="disp-formula" rid="e8">Equation 8</xref>), we calculate the switching contrast <inline-formula id="inf190">
<mml:math id="m200">
<mml:mrow>
<mml:mi>S</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>x</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>:<disp-formula id="e11">
<mml:math id="m201">
<mml:mrow>
<mml:mi>S</mml:mi>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mi>x</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>10</mml:mn>
<mml:mo>&#x2061;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>log</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>10</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mfenced open="|" close="|">
<mml:mrow>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>Q</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mtext>abs</mml:mtext>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mi>x</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>Q</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mtext>PDT,pr</mml:mtext>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mi>x</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>Q</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mtext>PDT,free</mml:mtext>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mi>x</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label>(11)</label>
</disp-formula>
</p>
<fig id="F9" position="float">
<label>FIGURE 9</label>
<caption>
<p>Protocol for all-optical switching using phase-dependent transparency in two-level systems.</p>
</caption>
<graphic xlink:href="frqst-04-1526469-g009.tif">
<alt-text content-type="machine-generated">Diagram illustrating a pump-probe experiment setup. A &#x22;Pump&#x22; signal moves horizontally, intersecting with a &#x22;Probe&#x22; signal that moves vertically. Red and green lines represent signals with arrows indicating direction. The interaction occurs in a gray box with notations \( \Omega_{pr} \) and \( \Omega_{p} \). Mathematical conditions for &#x22;Transmission&#x22; and &#x22;Absorption&#x22; are shown: \( \phi_2 - \phi_1 \equiv \pi/2 \mod(\pi) \) and \( \phi_2 - \phi_1 \equiv 0 \mod(2\pi) \).</alt-text>
</graphic>
</fig>
<p>The plot of the switching contrast, calculated with <xref ref-type="disp-formula" rid="e11">Equation 11</xref>, in <xref ref-type="fig" rid="F10">Figure 10</xref> shows that a maximum contrast of <inline-formula id="inf192">
<mml:math id="m203">
<mml:mrow>
<mml:mi>S</mml:mi>
<mml:mo>&#x223c;</mml:mo>
<mml:mn>19.9</mml:mn>
<mml:mtext>&#x2009;</mml:mtext>
<mml:mi mathvariant="normal">d</mml:mi>
<mml:mi mathvariant="normal">B</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> is achieved at <inline-formula id="inf193">
<mml:math id="m204">
<mml:mrow>
<mml:mi>x</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>0.258</mml:mn>
<mml:mtext>&#x2009;m</mml:mtext>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, which is well above the <inline-formula id="inf194">
<mml:math id="m205">
<mml:mrow>
<mml:mn>10</mml:mn>
<mml:mtext>&#x2009;</mml:mtext>
<mml:mi mathvariant="normal">d</mml:mi>
<mml:mi mathvariant="normal">B</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> contrast. In opposition to optical switching schemes based on EIT, the absorptive effect does not scale with the optical depth as the coherent interference between the probe and free polarization leads to an increase in intensity once the free polarization&#x2019;s intensity is comparable to the probe&#x2019;s. Nonetheless, the high switching contrast achieved with this simple scheme shows that PDT-based all-optical switchers can be a promising direction for developing classical all-optical switching, especially in the ultrafast regime.</p>
<fig id="F10" position="float">
<label>FIGURE 10</label>
<caption>
<p>Switching contrast <inline-formula id="inf195">
<mml:math id="m206">
<mml:mrow>
<mml:mi>S</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>x</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> (11) in dB versus distance <inline-formula id="inf196">
<mml:math id="m207">
<mml:mrow>
<mml:mi>x</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> for the PDT optical switcher with density <inline-formula id="inf197">
<mml:math id="m208">
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mo>&#xd7;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>13</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mtext>&#x2009;</mml:mtext>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">m</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>3</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, pulse area <inline-formula id="inf198">
<mml:math id="m209">
<mml:mrow>
<mml:mn>0.004</mml:mn>
<mml:mi>&#x3c0;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, and pulse duration <inline-formula id="inf199">
<mml:math id="m210">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c4;</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>100</mml:mn>
<mml:mtext>&#x2009;ps</mml:mtext>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>.</p>
</caption>
<graphic xlink:href="frqst-04-1526469-g010.tif">
<alt-text content-type="machine-generated">Graph showing S(x) in decibels versus x in meters. The red curve peaks at approximately 0.2 meters with a value of 20 decibels, then gradually declines.</alt-text>
</graphic>
</fig>
<p>We have theoretically demonstrated a new form of non-steady state transparency in the two-level system (TLS) with fast hundred ps pulses, which we call phase-dependent transparency (PDT), that is realized when the TLS is in a maximum coherence state and when the relative phase between the probe pulse and atomic coherence is a multiple of <inline-formula id="inf200">
<mml:math id="m211">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c0;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>. We used a semiclassical framework to describe the propagation of classical fields in a medium of TLS scatterers and developed the phase matching condition from a geometric formulation of the Bloch vector equations and the polarization response to the probe field in the SVEA. Our results show that the phase of the probe field can control the absorption response of the medium, enabling transparency in configurations where it is not typically observed&#x2014;for example, in degenerate hyperfine magnetic manifolds of alkali atoms (<xref ref-type="bibr" rid="B26">Lipsich et al., 2000</xref>; <xref ref-type="bibr" rid="B35">Ramaswamy et al., 2023</xref>). While our model considers a simplified two-level system and omits effects such as Doppler broadening, spatial inhomogeneity, and dephasing, the core concept of photon locking via a relative pump&#x2013;probe phase can be generalized to multilevel systems that incorporate these complexities. The findings discussed in this work contribute to the broader understanding of coherence and phase control in non-steady-state transparency. We also proposed a conceptual protocol for implementing all-optical switching using PDT in alkali atom vapor cells with ps optical pulses. Future research may further explore the theoretical limits and experimental feasibility of such switching schemes, including strategies to mitigate decoherence, phase noise, and inhomogeneities.</p>
</sec>
</sec>
</body>
<back>
<sec sec-type="data-availability" id="s5">
<title>Data availability statement</title>
<p>The original contributions presented in the study are included in the article/<xref ref-type="sec" rid="s11">Supplementary Material</xref>, further inquiries can be directed to the corresponding author.</p>
</sec>
<sec sec-type="author-contributions" id="s6">
<title>Author contributions</title>
<p>AR: Writing &#x2013; original draft, Writing &#x2013; review and editing. SM: Conceptualization, Funding acquisition, Investigation, Methodology, Supervision, Writing &#x2013; review and editing.</p>
</sec>
<sec sec-type="funding-information" id="s7">
<title>Funding</title>
<p>The author(s) declare that financial support was received for the research and/or publication of this article. We acknowledge funding support from the Office of Naval Research through award N00014-22-1-2374.</p>
</sec>
<sec sec-type="COI-statement" id="s8">
<title>Conflict of interest</title>
<p>The authors declare that the research was conducted in the absence of any commercial or financial relationships that could be construed as a potential conflict of interest.</p>
</sec>
<sec sec-type="ai-statement" id="s9">
<title>Generative AI statement</title>
<p>The author(s) declare that no Generative AI was used in the creation of this manuscript.</p>
</sec>
<sec sec-type="disclaimer" id="s10">
<title>Publisher&#x2019;s note</title>
<p>All claims expressed in this article are solely those of the authors and do not necessarily represent those of their affiliated organizations, or those of the publisher, the editors and the reviewers. Any product that may be evaluated in this article, or claim that may be made by its manufacturer, is not guaranteed or endorsed by the publisher.</p>
</sec>
<sec sec-type="supplementary-material" id="s11">
<title>Supplementary material</title>
<p>The Supplementary Material for this article can be found online at: <ext-link ext-link-type="uri" xlink:href="https://www.frontiersin.org/articles/10.3389/frqst.2025.1526469/full#supplementary-material">https://www.frontiersin.org/articles/10.3389/frqst.2025.1526469/full&#x23;supplementary-material</ext-link>
</p>
<supplementary-material>
<label>Data Sheet 1</label>
<caption>
<p>Alternate derivation of the phase matching condition using the Dyson series expansion.</p>
</caption>
</supplementary-material>
<supplementary-material xlink:href="DataSheet1.pdf" id="SM1" mimetype="application/pdf" xmlns:xlink="http://www.w3.org/1999/xlink"/>
</sec>
<ref-list>
<title>References</title>
<ref id="B1">
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Abi-sallouma</surname>
<given-names>T.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Davis</surname>
<given-names>C. L. J. P.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Elliott</surname>
<given-names>E.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Narducci</surname>
<given-names>F. A.</given-names>
</name>
</person-group> (<year>2007</year>). <source>J. Mod. Opt.</source> <volume>54</volume>, <fpage>2459</fpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1080/09500340701742617</pub-id>
</citation>
</ref>
<ref id="B2">
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Agarwal</surname>
<given-names>G. S.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Di</surname>
<given-names>K.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Wang</surname>
<given-names>L.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Zhu</surname>
<given-names>Y.</given-names>
</name>
</person-group> (<year>2016</year>). <article-title>Perfect photon absorption in the nonlinear regime of cavity quantum electrodynamics</article-title>. <source>Phys. Rev. A</source> <volume>93</volume>, <fpage>063805</fpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1103/physreva.93.063805</pub-id>
</citation>
</ref>
<ref id="B3">
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Agarwal</surname>
<given-names>G. S.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Huang</surname>
<given-names>S.</given-names>
</name>
</person-group> (<year>2010</year>). <article-title>Electromagnetically induced transparency in mechanical effects of light</article-title>. <source>Phys. Rev. A</source> <volume>81</volume>, <fpage>041803</fpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1103/physreva.81.041803</pub-id>
</citation>
</ref>
<ref id="B4">
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Akulshin</surname>
<given-names>A.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Barreiro</surname>
<given-names>S.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Lezama</surname>
<given-names>A.</given-names>
</name>
</person-group> (<year>1998</year>). <article-title>Electromagnetically induced absorption and transparency due to resonant two-field excitation of quasidegenerate levels in Rb vapor</article-title>. <source>Phys. Rev. A</source> <volume>57</volume>, <fpage>2996</fpage>&#x2013;<lpage>3002</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1103/physreva.57.2996</pub-id>
</citation>
</ref>
<ref id="B5">
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Bayer</surname>
<given-names>T.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Wollenhaupt</surname>
<given-names>M.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Sarpe-Tudoran</surname>
<given-names>C.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Baumert</surname>
<given-names>T.</given-names>
</name>
</person-group> (<year>2009</year>). <article-title>Robust photon locking</article-title>. <source>Phys. Rev. Lett.</source> <volume>102</volume>, <fpage>023004</fpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1103/physrevlett.102.023004</pub-id>
</citation>
</ref>
<ref id="B6">
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Bodey</surname>
<given-names>J. H.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Stockill</surname>
<given-names>R.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Stockill</surname>
<given-names>R.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Denning</surname>
<given-names>E. V.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Denning</surname>
<given-names>E. V.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Gangloff</surname>
<given-names>D. A.</given-names>
</name>
<etal/>
</person-group> (<year>2019</year>). <source>npj Quantum Inf.</source> <volume>5</volume>, <fpage>1</fpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1038/s41534-019-0206-3</pub-id>
</citation>
</ref>
<ref id="B7">
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Chakravarty</surname>
<given-names>S.</given-names>
</name>
</person-group> (<year>2016</year>). <article-title>Soliton solutions of coupled maxwell&#x2013;bloch equations</article-title>. <source>Phys. Lett. A</source> <volume>380</volume>, <fpage>1141</fpage>&#x2013;<lpage>1150</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1016/j.physleta.2015.10.031</pub-id>
</citation>
</ref>
<ref id="B8">
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Chathanathil</surname>
<given-names>J.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Ramaswamy</surname>
<given-names>A.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Malinovsky</surname>
<given-names>V. S.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Budker</surname>
<given-names>D.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Malinovskaya</surname>
<given-names>S. A.</given-names>
</name>
</person-group> (<year>2023</year>). <article-title>Chirped fractional stimulated raman adiabatic passage</article-title>. <source>Phys. Rev. A</source> <volume>108</volume>, <fpage>043710</fpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1103/physreva.108.043710</pub-id>
</citation>
</ref>
<ref id="B9">
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Delben</surname>
<given-names>G. J.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Beims</surname>
<given-names>M. W.</given-names>
</name>
<name>
<surname>da Luz</surname>
<given-names>M. G. E.</given-names>
</name>
</person-group> (<year>2023</year>). <article-title>Control of a qubit under markovian and non-Markovian noise</article-title>. <source>Phys. Rev. A</source> <volume>108</volume>, <fpage>012620</fpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1103/physreva.108.012620</pub-id>
</citation>
</ref>
<ref id="B10">
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Finkelstein</surname>
<given-names>R.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Bali</surname>
<given-names>S.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Firstenberg</surname>
<given-names>O.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Novikova</surname>
<given-names>I.</given-names>
</name>
</person-group> (<year>2023</year>). <article-title>A practical guide to electromagnetically induced transparency in atomic vapor</article-title>. <source>New J. Phys.</source> <volume>25</volume>, <fpage>035001</fpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1088/1367-2630/acbc40</pub-id>
</citation>
</ref>
<ref id="B11">
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Fleischhauer</surname>
<given-names>M.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Imamoglu</surname>
<given-names>A.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Marangos</surname>
<given-names>J. P.</given-names>
</name>
</person-group> (<year>2005</year>). <article-title>Electromagnetically induced transparency: optics in coherent media</article-title>. <source>Rev. Mod. Phys.</source> <volume>77</volume>, <fpage>633</fpage>&#x2013;<lpage>673</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1103/revmodphys.77.633</pub-id>
</citation>
</ref>
<ref id="B12">
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Fleischhauer</surname>
<given-names>M.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Lukin</surname>
<given-names>M. D.</given-names>
</name>
</person-group> (<year>2000</year>). <article-title>Dark-state polaritons in electromagnetically induced transparency</article-title>. <source>Phys. Rev. Lett.</source> <volume>84</volume>, <fpage>5094</fpage>&#x2013;<lpage>5097</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1103/physrevlett.84.5094</pub-id>
</citation>
</ref>
<ref id="B13">
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Guo</surname>
<given-names>M.-D.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Wu</surname>
<given-names>Y.-J.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Li</surname>
<given-names>N.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Li</surname>
<given-names>H.-F.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Zhou</surname>
<given-names>C.-X.</given-names>
</name>
</person-group> (<year>2024</year>). <article-title>Optical switch based on tunable perfect photon absorption</article-title>. <source>Phys. Lett. A</source> <volume>505</volume>, <fpage>129456</fpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1016/j.physleta.2024.129456</pub-id>
</citation>
</ref>
<ref id="B14">
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Guo</surname>
<given-names>S.-T.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Zhang</surname>
<given-names>Y.-H.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Wu</surname>
<given-names>L.-L.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Ye</surname>
<given-names>M.-Y.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Lin</surname>
<given-names>X.-M.</given-names>
</name>
</person-group> (<year>2021</year>). <article-title>Transition between coupled-resonator-induced transparency and absorption</article-title>. <source>Phys. Rev. A</source> <volume>103</volume>, <fpage>033510</fpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1103/physreva.103.033510</pub-id>
</citation>
</ref>
<ref id="B15">
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Harris</surname>
<given-names>S. E.</given-names>
</name>
</person-group> (<year>1997</year>). <article-title>Electromagnetically induced transparency</article-title>. <source>Phys. Today</source> <volume>50</volume>, <fpage>36</fpage>&#x2013;<lpage>42</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1063/1.881806</pub-id>
</citation>
</ref>
<ref id="B16">
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Hu</surname>
<given-names>X.-M.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Zou</surname>
<given-names>J.-H.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Li</surname>
<given-names>X.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Du</surname>
<given-names>D.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Cheng</surname>
<given-names>G.-L.</given-names>
</name>
</person-group> (<year>2005</year>). <article-title>Amplitude and phase control of trichromatic electromagnetically induced transparency</article-title>. <source>J. Phys. B Atomic, Mol. Opt. Phys.</source> <volume>38</volume>, <fpage>683</fpage>&#x2013;<lpage>692</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1088/0953-4075/38/6/007</pub-id>
</citation>
</ref>
<ref id="B17">
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Huang</surname>
<given-names>X.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Wang</surname>
<given-names>T.-J.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Wang</surname>
<given-names>C.</given-names>
</name>
</person-group> (<year>2022</year>). <article-title>Electromagnetically induced transparency and absorption in directly coupled whispering-gallery mode microcavities</article-title>. <source>IEEE Photonics J.</source> <volume>14</volume>, <fpage>1</fpage>&#x2013;<lpage>8</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1109/jphot.2022.3151506</pub-id>
</citation>
</ref>
<ref id="B18">
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Joshi</surname>
<given-names>A.</given-names>
</name>
</person-group> (<year>2009</year>). <article-title>Phase-dependent electromagnetically induced transparency and its dispersion properties in a four-level quantum well system</article-title>. <source>Phys. Rev. B</source> <volume>79</volume>, <fpage>115315</fpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1103/physrevb.79.115315</pub-id>
</citation>
</ref>
<ref id="B19">
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>K&#xe4;lin</surname>
<given-names>M.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Gromov</surname>
<given-names>I.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Schweiger</surname>
<given-names>A.</given-names>
</name>
</person-group> (<year>2004</year>). <article-title>Transparency in two-level spin systems induced by a longitudinal field</article-title>. <source>Phys. Rev. A</source> <volume>69</volume>, <fpage>033809</fpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1103/physreva.69.033809</pub-id>
</citation>
</ref>
<ref id="B20">
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Kekatpure</surname>
<given-names>R. D.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Barnard</surname>
<given-names>E. S.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Cai</surname>
<given-names>W.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Brongersma</surname>
<given-names>M. L.</given-names>
</name>
</person-group> (<year>2010</year>). <article-title>Phase-coupled plasmon-induced transparency</article-title>. <source>Phys. Rev. Lett.</source> <volume>104</volume>, <fpage>243902</fpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1103/physrevlett.104.243902</pub-id>
</citation>
</ref>
<ref id="B21">
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Kimble</surname>
<given-names>H. J.</given-names>
</name>
</person-group> (<year>2008</year>). <article-title>The quantum internet</article-title>. <source>Nature</source> <volume>453</volume>, <fpage>1023</fpage>&#x2013;<lpage>1030</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1038/nature07127</pub-id>
</citation>
</ref>
<ref id="B22">
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Koch</surname>
<given-names>C. P.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Boscain</surname>
<given-names>U.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Calarco</surname>
<given-names>T.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Dirr</surname>
<given-names>G.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Filipp</surname>
<given-names>S.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Glaser</surname>
<given-names>S. J.</given-names>
</name>
<etal/>
</person-group> (<year>2022</year>). <article-title>Quantum optimal control in quantum technologies. Strategic report on current status, visions and goals for research in Europe</article-title>. <source>EPJ Quantum Technol.</source> <volume>9</volume>, <fpage>19</fpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1140/epjqt/s40507-022-00138-x</pub-id>
</citation>
</ref>
<ref id="B23">
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>K&#xf6;rber</surname>
<given-names>M.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Morin</surname>
<given-names>O.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Langenfeld</surname>
<given-names>S.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Neuzner</surname>
<given-names>A.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Ritter</surname>
<given-names>S.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Rempe</surname>
<given-names>G.</given-names>
</name>
</person-group> (<year>2018</year>). <article-title>Decoherence-protected memory for a single-photon qubit</article-title>. <source>Nat. Photonics</source> <volume>12</volume>, <fpage>18</fpage>&#x2013;<lpage>21</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1038/s41566-017-0050-y</pub-id>
</citation>
</ref>
<ref id="B24">
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Korsunsky</surname>
<given-names>E.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Leinfellner</surname>
<given-names>N.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Huss</surname>
<given-names>A.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Baluschev</surname>
<given-names>S.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Windholz</surname>
<given-names>L.</given-names>
</name>
</person-group> (<year>1999</year>). <article-title>Phase-dependent electromagnetically induced transparency</article-title>. <source>Phys. Rev. A</source> <volume>59</volume>, <fpage>2302</fpage>&#x2013;<lpage>2305</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1103/physreva.59.2302</pub-id>
</citation>
</ref>
<ref id="B25">
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Lezama</surname>
<given-names>A.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Barreiro</surname>
<given-names>S.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Akulshin</surname>
<given-names>A. M.</given-names>
</name>
</person-group> (<year>1999</year>). <article-title>Electromagnetically induced absorption</article-title>. <source>Phys. Rev. A</source> <volume>59</volume>, <fpage>4732</fpage>&#x2013;<lpage>4735</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1103/physreva.59.4732</pub-id>
</citation>
</ref>
<ref id="B26">
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Lipsich</surname>
<given-names>A.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Barreiro</surname>
<given-names>S.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Akulshin</surname>
<given-names>A. M.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Lezama</surname>
<given-names>A.</given-names>
</name>
</person-group> (<year>2000</year>). <article-title>Absorption spectra of driven degenerate two-level atomic systems</article-title>. <source>Phys. Rev. A</source> <volume>61</volume>, <fpage>053803</fpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1103/physreva.61.053803</pub-id>
</citation>
</ref>
<ref id="B27">
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Lukin</surname>
<given-names>M. D.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Fleischhauer</surname>
<given-names>M.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Cote</surname>
<given-names>R.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Duan</surname>
<given-names>L. M.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Jaksch</surname>
<given-names>D.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Cirac</surname>
<given-names>J. I.</given-names>
</name>
<etal/>
</person-group> (<year>2001</year>). <article-title>Dipole blockade and quantum information processing in mesoscopic atomic ensembles</article-title>. <source>Phys. Rev. Lett.</source> <volume>87</volume>, <fpage>037901</fpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1103/physrevlett.87.037901</pub-id>
</citation>
</ref>
<ref id="B28">
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Lukin</surname>
<given-names>M. D.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Yelin</surname>
<given-names>S. F.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Fleischhauer</surname>
<given-names>M.</given-names>
</name>
</person-group> (<year>2000</year>). <article-title>Entanglement of atomic ensembles by trapping correlated photon states</article-title>. <source>Phys. Rev. Lett.</source> <volume>84</volume>, <fpage>4232</fpage>&#x2013;<lpage>4235</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1103/physrevlett.84.4232</pub-id>
</citation>
</ref>
<ref id="B29">
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Marangos</surname>
<given-names>J. P.</given-names>
</name>
</person-group> (<year>1998</year>). <article-title>Electromagnetically induced transparency</article-title>. <source>J. Mod. Opt.</source> <volume>45</volume>, <fpage>471</fpage>&#x2013;<lpage>503</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1080/09500349808231909</pub-id>
</citation>
</ref>
<ref id="B30">
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>McCall</surname>
<given-names>S. L.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Hahn</surname>
<given-names>E. L.</given-names>
</name>
</person-group> (<year>1969</year>). <article-title>Self-induced transparency</article-title>. <source>Phys. Rev.</source> <volume>183</volume>, <fpage>457</fpage>&#x2013;<lpage>485</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1103/physrev.183.457</pub-id>
</citation>
</ref>
<ref id="B31">
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Naweed</surname>
<given-names>A.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Farca</surname>
<given-names>G.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Shopova</surname>
<given-names>S. I.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Rosenberger</surname>
<given-names>A. T.</given-names>
</name>
</person-group> (<year>2005</year>). <article-title>Induced transparency and absorption in coupled whispering-gallery microresonators</article-title>. <source>Phys. Rev. A</source> <volume>71</volume>, <fpage>043804</fpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1103/physreva.71.043804</pub-id>
</citation>
</ref>
<ref id="B32">
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Petrosyan</surname>
<given-names>D.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Otterbach</surname>
<given-names>J.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Fleischhauer</surname>
<given-names>M.</given-names>
</name>
</person-group> (<year>2011</year>). <article-title>Electromagnetically induced transparency with rydberg atoms</article-title>. <source>Phys. Rev. Lett.</source> <volume>107</volume>, <fpage>213601</fpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1103/physrevlett.107.213601</pub-id>
</citation>
</ref>
<ref id="B33">
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Radeonychev</surname>
<given-names>Y. V.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Khairulin</surname>
<given-names>I. R.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Vagizov</surname>
<given-names>F. G.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Scully</surname>
<given-names>M.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Kocharovskaya</surname>
<given-names>O.</given-names>
</name>
</person-group> (<year>2020</year>). <article-title>Observation of acoustically induced transparency for -Ray photons</article-title>. <source>Phys. Rev. Lett.</source> <volume>124</volume>, <fpage>163602</fpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1103/PhysRevLett.124.163602</pub-id>
</citation>
</ref>
<ref id="B34">
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Radeonychev</surname>
<given-names>Y. V.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Tokman</surname>
<given-names>M. D.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Litvak</surname>
<given-names>A. G.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Kocharovskaya</surname>
<given-names>O.</given-names>
</name>
</person-group> (<year>2006</year>). <article-title>Acoustically induced transparency in optically dense resonance medium</article-title>. <source>Phys. Rev. Lett.</source> <volume>96</volume>, <fpage>093602</fpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1103/physrevlett.96.093602</pub-id>
</citation>
</ref>
<ref id="B35">
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Ramaswamy</surname>
<given-names>A.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Chathanathil</surname>
<given-names>J.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Kanta</surname>
<given-names>D.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Klinger</surname>
<given-names>E.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Papoyan</surname>
<given-names>A.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Shmavonyan</surname>
<given-names>S.</given-names>
</name>
<etal/>
</person-group> (<year>2023</year>). <article-title>Mirrorless lasing: a theoretical perspective</article-title>. <source>Opt. Mem. Neural Netw.</source> <volume>32</volume>, <fpage>S443</fpage>&#x2013;<lpage>S466</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.3103/s1060992x23070172</pub-id>
</citation>
</ref>
<ref id="B36">
<citation citation-type="book">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Ramaswamy</surname>
<given-names>A.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Malinovskaya</surname>
<given-names>A.</given-names>
</name>
</person-group> (<year>2024</year>). <source>Phase-dependent transparency in a two-level system: supplemental material</source>. <publisher-loc>Hoboken, NJ, USA</publisher-loc>: <publisher-name>Stevens Institute of Technology</publisher-name>.</citation>
</ref>
<ref id="B37">
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Sahrai</surname>
<given-names>M.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Mahmoudi</surname>
<given-names>M.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Kheradmand</surname>
<given-names>R.</given-names>
</name>
</person-group> (<year>2007</year>). <article-title>The impact of the relative phase on the transient optical properties of a four-level EIT medium</article-title>. <source>Phys. Lett. A</source> <volume>367</volume>, <fpage>408</fpage>&#x2013;<lpage>414</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1016/j.physleta.2007.03.014</pub-id>
</citation>
</ref>
<ref id="B38">
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Sangouard</surname>
<given-names>N.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Simon</surname>
<given-names>C.</given-names>
</name>
<name>
<surname>de Riedmatten</surname>
<given-names>H.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Gisin</surname>
<given-names>N.</given-names>
</name>
</person-group> (<year>2011</year>). <article-title>Quantum repeaters based on atomic ensembles and linear optics</article-title>. <source>Rev. Mod. Phys.</source> <volume>83</volume>, <fpage>33</fpage>&#x2013;<lpage>80</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1103/revmodphys.83.33</pub-id>
</citation>
</ref>
<ref id="B39">
<citation citation-type="book">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Scully</surname>
<given-names>M. O.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Zubairy</surname>
<given-names>M. S.</given-names>
</name>
</person-group> (<year>1997</year>). <source>Quantum optics</source>. <publisher-name>Cambridge University Press</publisher-name>.</citation>
</ref>
<ref id="B40">
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Shen</surname>
<given-names>J.-T.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Fan</surname>
<given-names>S.</given-names>
</name>
</person-group> (<year>2005</year>). <article-title>Coherent single photon transport in a one-dimensional waveguide coupled with superconducting quantum bits</article-title>. <source>Phys. Rev. Lett.</source> <volume>95</volume>, <fpage>213001</fpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1103/physrevlett.95.213001</pub-id>
</citation>
</ref>
<ref id="B41">
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Slusher</surname>
<given-names>R. E.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Gibbs</surname>
<given-names>H. M.</given-names>
</name>
</person-group> (<year>1972</year>). <article-title>Self-induced transparency in atomic rubidium</article-title>. <source>Phys. Rev. A</source> <volume>5</volume>, <fpage>1634</fpage>&#x2013;<lpage>1659</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1103/physreva.5.1634</pub-id>
</citation>
</ref>
<ref id="B42">
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Svidzinsky</surname>
<given-names>A. A.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Zhang</surname>
<given-names>X.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Scully</surname>
<given-names>M. O.</given-names>
</name>
</person-group> (<year>2015</year>). <article-title>Quantum <italic>versus</italic> semiclassical description of light interaction with atomic ensembles: revision of the maxwell-bloch equations and single-photon superradiance</article-title>. <source>Phys. Rev. A</source> <volume>92</volume>, <fpage>013801</fpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1103/physreva.92.013801</pub-id>
</citation>
</ref>
<ref id="B43">
<citation citation-type="book">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Tannor</surname>
<given-names>D.</given-names>
</name>
</person-group> (<year>2007</year>). <source>Introduction to quantum mechanics</source>. <publisher-loc>Sausalito, CA</publisher-loc>: <publisher-name>University Science Books</publisher-name>.</citation>
</ref>
<ref id="B44">
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Volz</surname>
<given-names>T.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Reinhard</surname>
<given-names>A.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Winger</surname>
<given-names>M.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Badolato</surname>
<given-names>A.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Hennessy</surname>
<given-names>K. J.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Hu</surname>
<given-names>E. L.</given-names>
</name>
<etal/>
</person-group> (<year>2012</year>). <article-title>Ultrafast all-optical switching by single photons</article-title>. <source>Nat. Photonics</source> <volume>6</volume>, <fpage>605</fpage>&#x2013;<lpage>609</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1038/nphoton.2012.181</pub-id>
</citation>
</ref>
<ref id="B45">
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Vreeker</surname>
<given-names>R.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Glasbeek</surname>
<given-names>M.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Sleva</surname>
<given-names>E.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Zewail</surname>
<given-names>A.</given-names>
</name>
</person-group> (<year>1986</year>). <article-title>Phase locking of molecular two-level quantum systems: application to ionic solids</article-title>. <source>Chem. Phys. Lett.</source> <volume>129</volume>, <fpage>117</fpage>&#x2013;<lpage>119</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1016/0009-2614(86)80180-4</pub-id>
</citation>
</ref>
<ref id="B46">
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Weis</surname>
<given-names>S.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Rivi&#xe8;re</surname>
<given-names>R.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Del&#xe9;glise</surname>
<given-names>S.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Gavartin</surname>
<given-names>E.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Arcizet</surname>
<given-names>O.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Schliesser</surname>
<given-names>A.</given-names>
</name>
<etal/>
</person-group> (<year>2010</year>). <article-title>Optomechanically induced transparency</article-title>. <source>Science</source> <volume>330</volume>, <fpage>1520</fpage>&#x2013;<lpage>1523</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1126/science.1195596</pub-id>
</citation>
</ref>
<ref id="B47">
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Xiong</surname>
<given-names>H.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Wu</surname>
<given-names>Y.</given-names>
</name>
</person-group> (<year>2018</year>). <article-title>Fundamentals and applications of optomechanically induced transparency</article-title>. <source>Appl. Phys. Rev.</source> <volume>5</volume>, <fpage>031305</fpage>. <comment>Available online at: <ext-link ext-link-type="uri" xlink:href="https://pubs.aip.org/aip/apr/article-pdf/doi/10.1063/1.5027122/19740644/031305_1_online.pdf">https://pubs.aip.org/aip/apr/article-pdf/doi/10.1063/1.5027122/19740644/031305_1_online.pdf</ext-link>.</comment> <pub-id pub-id-type="doi">10.1063/1.5027122</pub-id>
</citation>
</ref>
<ref id="B48">
<citation citation-type="book">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Yadav</surname>
<given-names>S.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Bhattacherjee</surname>
<given-names>A. B.</given-names>
</name>
</person-group> (<year>2022</year>). &#x201c;<article-title>Quantum optical switches</article-title>,&#x201d; in <source>Optical switching: device technology and applications in networks</source> (<publisher-name>Wiley</publisher-name>), <fpage>185</fpage>&#x2013;<lpage>201</lpage>.</citation>
</ref>
<ref id="B49">
<citation citation-type="book">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Yang</surname>
<given-names>L.-J.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Lu</surname>
<given-names>D.-Q.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Zhao</surname>
<given-names>M.</given-names>
</name>
</person-group> (<year>2010</year>). in <source>2010 symposium on photonics and optoelectronics</source>, <fpage>1</fpage>&#x2013;<lpage>4</lpage>.</citation>
</ref>
<ref id="B50">
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Yang</surname>
<given-names>X.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Yu</surname>
<given-names>M.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Kwong</surname>
<given-names>D.-L.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Wong</surname>
<given-names>C. W.</given-names>
</name>
</person-group> (<year>2009</year>). <article-title>All-optical analog to electromagnetically induced transparency in multiple coupled photonic crystal cavities</article-title>. <source>Phys. Rev. Lett.</source> <volume>102</volume>, <fpage>173902</fpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1103/physrevlett.102.173902</pub-id>
</citation>
</ref>
<ref id="B51">
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Zhang</surname>
<given-names>S.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Genov</surname>
<given-names>D. A.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Wang</surname>
<given-names>Y.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Liu</surname>
<given-names>M.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Zhang</surname>
<given-names>X.</given-names>
</name>
</person-group> (<year>2008</year>). <article-title>Plasmon-induced transparency in metamaterials</article-title>. <source>Phys. Rev. Lett.</source> <volume>101</volume>, <fpage>047401</fpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1103/physrevlett.101.047401</pub-id>
</citation>
</ref>
<ref id="B52">
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Zhu</surname>
<given-names>Y.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Hu</surname>
<given-names>X.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Yang</surname>
<given-names>H.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Gong</surname>
<given-names>Q.</given-names>
</name>
</person-group> (<year>2014</year>). <article-title>On-chip plasmon-induced transparency based on plasmonic coupled nanocavities</article-title>. <source>Sci. Rep.</source> <volume>4</volume>, <fpage>3752</fpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1038/srep03752</pub-id>
</citation>
</ref>
</ref-list>
</back>
</article>