Глоссарий по физике

Самоиндуцированная прозрачность

Самоиндуцированная прозрачность - эффект прохождения коротких мощных импульсов когерентного оптич. излучения без потерь энергии через среду, резонансно поглощающую непрерывное излучение или длинные импульсы. Самоиндуцированная прозрачность относится к когерентным резонансным эффектам: её наблюдение возможно только при условии, что длительность импульса значительно меньше времён релаксации (для разреженных газов10^-7-10^-8 с, для конденсиров. сред10^-11-10^-12 с). В этом случае релаксац. процессы не успевают нарушить фазовые соотношения между полем и нестационарным резонансным откликом вещества, вследствие чего энергия, поглощённая средой на переднем фронте импульса с достаточно высокой интенсивностью, может быть полностью возвращена импульсу на его заднем фронте за счёт процессов индуциров. испускания. Тем самым самоиндуцированная прозрачность принципиально отличается от просветления среды, связанного с некогерентным эффектом насыщения - выравниванием заселённостей основного и возбуждённого состояний (см. Просветления эффект ). Эффект самоиндуцированной прозрачности был предсказан С. Л. Мак-Коллом (McCall S. L.) и Э. Ханом (Е. Hahn) в 1965 и наблюдался ими в 1967.

Возможность проявления самоиндуцированной прозрачности обусловлена колебат. характером динамики квантовых переходов в резонансном поле в отсутствие релаксации (т. е. в течение времени см. Двухуровневая система ).Частицы вещества, первоначально находившиеся в ниж. энергетич. состоянии, под действием импульса когерентного эл--магн. излучения, частота к-рого w совпадает с частотой перехода между квантовыми уровнями а и b, переходят в когерентную суперпозицию состояний поглощая при этом часть энергии поля. Т. к. предположительно когерентность взаимодействия не нарушается релаксац. процессами (т. к.), то в определ. момент частицы оказываются в верх. состоянии , а затем постепенно переходят в ниж. состояние , возвращая полю в процессе индуцированного испускания запасённую ранее энергию. Под действием последующих частей импульса процесс обмена энергией между полем и веществом повторяется. Если амплитуда и длительность импульса таковы, что по его окончании все резонансные частицы оказываются в исходном невозбуждённом состоянии, то такой импульс проходит через среду без потери своей энергии.

В оптически тонких средах влияние вещества на поле невелико: оно сказывается лишь в небольшом изменении формы импульса. В частности, возможно появление неглубокой амплитудной модуляции с частотой Раби, определяемой амплитудой импульса на входе в среду (см. Оптическая нутация).

Эффект самоиндуцированной прозрачности возникает в оптически плотных средах, когда влияние вещества на поле значительно, и представляет собой один из возможных режимов когерентного распространения коротких импульсов в резонансных средах. Его простейшее описание основано на использовании волнового ур-ния для медленно меняющейся амплитуды электрич. поля импульса A(t, z) (полное поле + к. с.) и уравнений для матрицы плотности двухуровневой системы, записанных в предположении, что длительность импульса намного меньше времён продольной Т₁ и поперечной Т₂релаксации.

Режим прохождения импульса через резонансно поглощающую среду определяется его «площадью»

где- матричный элемент электрич. дипольного момента двухуровневой системы. Параметр отражает состояние среды в данной точке после прохождения импульса. В частности, при (n = 0, 1, 2,...) процесс обмена энергией между полем и веществом заканчивается возвратом резонансных частиц в исходное невозбуждённое состояние.

Рис. 1. Зависимость «площади» импульса от. Для возбуждённого образца развивается в направлении - z (z изменяется в единицах ).

Для справедлива т. н. теорема площадей, графическое представление к-рой дано на рис. 1. В случае, когда частота импульса совпадает с центральной частотой w₀, симметричной неоднородно уширенной линии, «теорема площадей» выражается ф-лой

где - значение на входе в среду, К =N - плотность резонансных частиц, g(0) - значение функции распределения собств. частот в максимуме. Параметр К имеет смысл коэф. затухания слабых импульсов с

Пропускание коротких импульсов средой зависит от их площади. При импульсы затухают на расстоянии в неск. длин поглощения, равных К^-1(рис. 1, 2, слева). Режим самоиндуцированной прозрачности реализуется, если входная площадь импульсов превышает пороговое значение

Рис. 2. Эволюция формы импульса при распространении в поглощающей резонансной сфере: слева - при справа - при Начальная форма импульса - гауссова.

В этом случае по мере распространения импульса «площадь» его стремится к ближайшему стабильному значению (n = 1, 2, 3,...), т. е. формируются т. н.-импульсы, проходящие через среду без потерь.

При на расстояниях порядка неск. длин поглощения формируются стационарные-импульсы, имеющие симметричную форму, к-рая при дальнейшем распространении не изменяется (рис. 2, справа). Такие импульсы представляют собой солитоны оптические. Форма солитона определяется ф-лой

где v - групповая скорость распространения стационарного импульса, связанная с длительностью импульса в отсутствие неоднородного уширения линии поглощения эта связь выражается ф-лой

Видно, что стационарные импульсы «бегут» со скоростью, меньшей скорости света с. Значение v уменьшается с увеличением коэф. поглощения К п длительности импульса и может отличаться от с на 3-4 порядка. Это замедление импульсов обусловлено пост. эфф. обменом энергией между полем и веществом и является характерной особенностью Ссамоиндуцированной прозрачности

Если, то одиночные входные импульсы разбиваются на соответствующее кол-во субимпульсов, что можно трактовать как процесс разбегания солитонов, каждый из к-рых в отдельности является-импульсом.

Следует отметить, что при в зависимости от формы входного импульса возможно формирование т. н.-импульсов, нулевое значение площади к-рых достигается не за счёт поглощения всей энергии поля, а вследствие скачкообразных изменений фазы внутри импульса.

Проявление эффекта самоиндуцированной прозрачности возможно и при двухфо-тонном поглощении, когда сумма частот падающего излучения w₁+w₂ совпадает с частотой двухфотонного перехода в веществе w_ba (см. Многофотонное поглощение). Напр., в вырожденном по частоте случае при условии формируются импульсы, к-рые при распространении в среде не теряют своей энергии, однако длительность их всё время сокращается при соответствующем возрастании интенсивности. [Здесь- матричный элемент двухфотонного перехода, д - константа динамич. штарковского сдвига частоты перехода, вызываемого электрич. полем импульса (см. Штарка эффект динамический)].

Эксперим. критериями самоиндуцированной прозрачности являются: пороговое возрастание прочности среды при увеличении интенсивности падающих импульсов, наличие временной задержки выходных импульсов и разбиение на субимпульсы при достаточно высоких значениях интенсивности.

Эффект самоиндуцированной прозрачности наблюдался экспериментально в твёрдых телах и в газах [3].

Самоиндуцированная прозрачность представляет большой интерес для нелинейной оптики резонансных сред, физики солитонов, лазерной спектроскопии (в частности, для определения величин матричных элементов квантовых переходов).

Литература по самоиндуцированной прозрачности

1. МсСаll S. L., Нahп Е. L., Coherent light propagation through an inhomogeneously broadened 2-level system, «Bull. Amer. Phys. Soc.», 1965, v. 10, № 9, p. 1189;
2. их же, Self induced transparency by pulsed coherent light, «Phys. Bev, Lett.», 1967, v. 18, p. 908;
3. Аллен Л., Эберли Д ж., Оптический резонанс и двухуровневые атомы, пер. с англ., М., 1978;
4. Полуэктов И. А., Попов Ю. М., Ройтберг В. С., Эффект самоиндуцированной прозрачности, «УФН», 1974, т. 114, с. 97.

Н. Н. Драбович

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

Знаете ли Вы, что низкочастотные электромагнитные волны частотой менее 100 КГц коренным образом отличаются от более высоких частот падением скорости электромагнитных волн пропорционально корню квадратному их частоты от 300 тысяч кмилометров в секунду при 100 кГц до примерно 7 тыс км/с при 50 Гц.

НОВОСТИ ФОРУМА Рыцари теории эфира

10.11.2021 - 12:37: ПЕРСОНАЛИИ - Personalias -> WHO IS WHO - КТО ЕСТЬ КТО - Карим_Хайдаров. 10.11.2021 - 12:36: СОВЕСТЬ - Conscience -> РАСЧЕЛОВЕЧИВАНИЕ ЧЕЛОВЕКА. КОМУ ЭТО НАДО? - Карим_Хайдаров. 10.11.2021 - 12:36: ВОСПИТАНИЕ, ПРОСВЕЩЕНИЕ, ОБРАЗОВАНИЕ - Upbringing, Inlightening, Education -> Просвещение от д.м.н. Александра Алексеевича Редько - Карим_Хайдаров. 10.11.2021 - 12:35: ЭКОЛОГИЯ - Ecology -> Биологическая безопасность населения - Карим_Хайдаров. 10.11.2021 - 12:34: ВОЙНА, ПОЛИТИКА И НАУКА - War, Politics and Science -> Проблема государственного терроризма - Карим_Хайдаров. 10.11.2021 - 12:34: ВОЙНА, ПОЛИТИКА И НАУКА - War, Politics and Science -> ПРАВОСУДИЯ.НЕТ - Карим_Хайдаров. 10.11.2021 - 12:34: ВОСПИТАНИЕ, ПРОСВЕЩЕНИЕ, ОБРАЗОВАНИЕ - Upbringing, Inlightening, Education -> Просвещение от Вадима Глогера, США - Карим_Хайдаров. 10.11.2021 - 09:18: НОВЫЕ ТЕХНОЛОГИИ - New Technologies -> Волновая генетика Петра Гаряева, 5G-контроль и управление - Карим_Хайдаров. 10.11.2021 - 09:18: ЭКОЛОГИЯ - Ecology -> ЭКОЛОГИЯ ДЛЯ ВСЕХ - Карим_Хайдаров. 10.11.2021 - 09:16: ЭКОЛОГИЯ - Ecology -> ПРОБЛЕМЫ МЕДИЦИНЫ - Карим_Хайдаров. 10.11.2021 - 09:15: ВОСПИТАНИЕ, ПРОСВЕЩЕНИЕ, ОБРАЗОВАНИЕ - Upbringing, Inlightening, Education -> Просвещение от Екатерины Коваленко - Карим_Хайдаров. 10.11.2021 - 09:13: ВОСПИТАНИЕ, ПРОСВЕЩЕНИЕ, ОБРАЗОВАНИЕ - Upbringing, Inlightening, Education -> Просвещение от Вильгельма Варкентина - Карим_Хайдаров.