Эффект насыщения. РЕАЛЬНАЯ ФИЗИКА. Глоссарий по физике

Эффект насыщения

Эффект насыщения - выравнивание населённо-стей двух уровней энергии квантовой системы (молекулы, атома) под действием резонансного эл--магн. излучения. При увеличении интенсивности падающего излучения возрастает вероятность индуциров. квантовых переходов с верх. уровня на нижний (вынужденное испускание) и обратно (поглощение), что приводит к выравниванию населённости этих уровней. Степень насыщения определяется соотношением скоростей индуциров. переходов и релаксац. процессов, ответственных за установлЕние равновесного распределения населён-ностей по уровням.

Если на среду, представляющую собой набор одинаковых двухуровневых систем с собств. частотами w₂₁, падает монохроматич. эл--магн. волна с частотой w и интенсивностью I, то разность населённостей ниж. и верх. уровней DN =N₁- N₂ описывается выражением

где DN₀- разность населённостей в отсутствие падающего излучения, g - однородная полуширина спектральной линии, I_H - т. н. насыщающая интенсивность. В точном резонансе (w =w₂₁) при I = I_н разность населённостей уменьшается вдвое: DN = 0,5 DN₀. При очень больших интенсивностях падающего излучения (I/I_H

)скорость индуциров. переходов намного превышает скорость релаксац. процессов, н населённости уровней выравниваются (DN

0).

Значение насыщающей интенсивности I_H определяется типом перехода, его однородной шириной и временем релаксации населённостей T₁. Для эл--дипольных

переходов

(d₂₁ - матричный элемент ди-польного момента) и может составлять величины от долей Вт/см² до сотен кВт/см² и более.

H. э. играет важную роль при резонансном взаимодействии эл--магн. излучения с веществом. Так, в поглощающих средах (DN₀ > 0) он приводит к уменьшению коэф. поглощения (см. Просветления эффект). При сильном насыщении (DN 0) поглощаемая веществом мощность перестаёт зависеть от интенсивности поля, т. е. переход насыщается. Аналогично, в усиливающей среде с инверсной населённостью DN₀ < 0 H. э. вызывает уменьшение коэф. усиления. Наряду с этим уменьшается абс. величина резонансной добавки к показателю преломления, т. е. H. э. обусловливает зависимость показателя преломления от интенсивности падающего поля и, т. о., является одной из причин резонансного самовоздействия волн.

Степень насыщения, как видно из (*), убывает с увеличением отстройки частоты излучения от резонанса. Это приводит к деформации спектральных линий. В случае однородного уширения линия поглощения падающего излучения сохраняет лоренцову форму, однако её ширина увеличивается в раз. Этот эффект паз. полевым уширением или уширением вследствие насыщения.

H. э. играет определяющую роль в квантовой электронике. Он стабилизирует амплитуду колебаний в лазерах и мазерах, ограничивает сверху динамич. диапазон квантовых усилителей. В ряде случаев H. э. применяется для стабилизации частоты генерации лазеров, для модуляции их добротности и т. д.

H. э. широко используется в нелинейной спектроскопии, в частности он является физ. основой т. н. спектроскопии насыщения, позволяющей изучать с высоким разрешением структуру неоднородно уширенных спектральных линий и полос.

H. э. может иметь место также p в случае многофотонных переходов между квантовыми уровнями. Для этого, однако, требуются существенно более высокие интенсивности падающего излучения (см. Многофотонные процессы).

Литература по эффектам насыщения

Апанасевич П. А., Основы теории взаимодействия света с веществом, Минск, 1977:
Аллен Л., Эберли Дж., Оптический резонанс и двухуровневые атомы, пер. с англ., M., 1978;
Нелинейная спектроскопия, под ред. H. Бломбергена, пер. с англ., M., 1979;
Шумейкер Р., Когерентная инфракрасная спектроскопия нестационарных процессов, в кн.: Лазерная и когерентная спектроскопия, пер. с англ., M., 1982.
Летохов В. С., Чеботаев В. П., Принципы нелинейной лазерной спектроскопии, М., 1975;
Нелинейная спектроскопия, под ред. Н. Бломбергена, пер. с англ., М., 1979;
Ахманов С. А., КоротеевН. И., Методы нелинейной оптики в спектроскопии рассеяния света, М., 1981;
Лазерная и когерентная спектроскопия, пер. с англ., М., 1982;
Попов А. К., Введение в нелинейную спектроскопию, Новосиб., 1983;
Параметрические генераторы света и пикосекундная спектроскопия, Вильнюс, 1983;
Демтрёдер В., Лазерная спектроскопия: основные принципы и техника эксперимента, пер. с англ., М., 1985.

К. H. Драбович

к библиотеке к оглавлению FAQ по эфирной физике ТОЭЭ ТЭЦ ТПОИ ТИ

Знаете ли Вы, в чем ложность понятия "физический вакуум"?

Физический вакуум - понятие релятивистской квантовой физики, под ним там понимают низшее (основное) энергетическое состояние квантованного поля, обладающее нулевыми импульсом, моментом импульса и другими квантовыми числами. Физическим вакуумом релятивистские теоретики называют полностью лишённое вещества пространство, заполненное неизмеряемым, а значит, лишь воображаемым полем. Такое состояние по мнению релятивистов не является абсолютной пустотой, но пространством, заполненным некими фантомными (виртуальными) частицами. Релятивистская квантовая теория поля утверждает, что, в согласии с принципом неопределённости Гейзенберга, в физическом вакууме постоянно рождаются и исчезают виртуальные, то есть кажущиеся (кому кажущиеся?), частицы: происходят так называемые нулевые колебания полей. Виртуальные частицы физического вакуума, а следовательно, он сам, по определению не имеют системы отсчета, так как в противном случае нарушался бы принцип относительности Эйнштейна, на котором основывается теория относительности (то есть стала бы возможной абсолютная система измерения с отсчетом от частиц физического вакуума, что в свою очередь однозначно опровергло бы принцип относительности, на котором постороена СТО). Таким образом, физический вакуум и его частицы не есть элементы физического мира, но лишь элементы теории относительности, которые существуют не в реальном мире, но лишь в релятивистских формулах, нарушая при этом принцип причинности (возникают и исчезают беспричинно), принцип объективности (виртуальные частицы можно считать в зависимсоти от желания теоретика либо существующими, либо не существующими), принцип фактической измеримости (не наблюдаемы, не имеют своей ИСО).

Когда тот или иной физик использует понятие "физический вакуум", он либо не понимает абсурдности этого термина, либо лукавит, являясь скрытым или явным приверженцем релятивистской идеологии.

Понять абсурдность этого понятия легче всего обратившись к истокам его возникновения. Рождено оно было Полем Дираком в 1930-х, когда стало ясно, что отрицание эфира в чистом виде, как это делал великий математик, но посредственный физик Анри Пуанкаре, уже нельзя. Слишком много фактов противоречит этому.

Для защиты релятивизма Поль Дирак ввел афизическое и алогичное понятие отрицательной энергии, а затем и существование "моря" двух компенсирующих друг друга энергий в вакууме - положительной и отрицательной, а также "моря" компенсирующих друг друга частиц - виртуальных (то есть кажущихся) электронов и позитронов в вакууме.

Однако такая постановка является внутренне противоречивой (виртуальные частицы ненаблюдаемы и их по произволу можно считать в одном случае отсутствующими, а в другом - присутствующими) и противоречащей релятивизму (то есть отрицанию эфира, так как при наличии таких частиц в вакууме релятивизм уже просто невозможен). Подробнее читайте в FAQ по эфирной физике.

НОВОСТИ ФОРУМА

Рыцари теории эфира