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

РЕАЛЬНАЯ ФИЗИКА

Глоссарий по физике

А   Б   В   Г   Д   Е   Ж   З   И   К   Л   М   Н   О   П   Р   С   Т   У   Ф   Х   Ц   Ч   Ш   Э   Ю   Я  

Сверхизлучение

Сверхизлучение - коллективное спонтанное испускание эл--магн. излучения при переходе системы N возбуждённых излучателей (N > 1) в когерентное сфазированное состояние. С. предсказано Р. Г. Дикке (R. Н. Dicke) в 1954, обнаружено экспериментально в 1973 после создания лазеров.

Дикке показал, что система N инвертированных двухуровневых атомов (см. Двухуровневая система)может спонтанно перейти в осн. состояние за время, обратно пропорциональное числу атомов8018-44.jpg Этот эффект обусловлен наведением корреляций между дипльными моментами перехода пространственно разделённых излучателей, взаимодействующих друг с другом через поле излучения. В результате атомы, находящиеся в макроскопически большом объёме, излучают когерентно. Поскольку полная энергия, излучаемая коллективом атомов, равна8019-1.jpg (w0 - частота перехода), то интенсивность излучения8019-2.jpg В случае же обычного спонтанного излучения, когда атомы распадаются независимо друг от друга со временем спонтанного распада Т1, не зависящим от числа излучателей, интенсивность8019-3.jpg

С. ансамбля излучателей обусловливается воздействием поля, испущенного одним из осцилляторов, на все остальные излучатели ансамбля. Именно это воздействие способно привести к когерентизации процесса испускания излучения ансамблем осцилляторов. Эфф. самонаведение корреляций между дипольными моментами осцилляторов возможно лишь в том случае, когда время этого процесса8019-4.jpg меньше времени релаксации дипольного момента атома Т2, а также меньше Т1 (обычно Т2 < T1). Таким образом, С. представляет собой нестационарный процесс, протекающий за время, меньшее T1 и Т2. Установление корреляций между излучателями происходит самопроизвольно в процессе излучения, этим С. отличается принципиально от нестационарных когерентных процессов, обусловленных внеш. когерентной накачкой, таких, как самоиндуцированная прозрачность, фотонное эхо и др.
8019-6.jpg

Рис. 1. Схема рабочих уровней (а) и экспериментальной установки (б) в типичном эксперименте по наблюдению сверхизлучения.
8019-8.jpg

Рис. 2. Сравнение сверхизлучения и некогерентного спонтанного распада: а - импульс накачки, инвертирующий рабочий переход; б - интенсивность излучения в случае некогерентного спонтанного распада (Т1 ~ 1 с); в - наблюдаемый остронаправленный сигнал сверхизлучения (газ HF), пиковая интенсивность сигнала сверхизлучения примерно в 1010 раз превосходит интенсивность спонтанного распада.

По характеристикам и условиям наблюдения С. отличается и от обычного спонтанного излучения, и от стимулиров. излучения. Это отличие мощно рассмотреть на примере типичного эксперимента по наблюдению С. (рис. 1,б). Внутри макроскопически большого, вытянутого и открытого с обоих концов цилиндра длиной L и площадью основания Z (8019-5.jpg , V = LZ, n = N/V)находится N двухуровневых атомов. Сначала атомы переводятся в верх. состояние (рис. 1,а) достаточно коротким8019-7.jpg импульсом накачки так, чтобы состояние системы было некогерентным (т. е. корреляции между дипольными моментами отсутствуют). Затем начинается свободный распад системы инвертиров. атомов, характер к-рого зависит от соотношения временных параметров: Т1, Т2,8019-9.jpg, а также8019-10.jpg - времени пролёта фотона через среду. Если плотность атомов настолько мала, что8019-11.jpg, то каждый атом распадается независимо от других и система излучает спонтанно и изотропно по всем направлениям с характерным временем T1 (рис. 2,б). Если же выполняется условие
8019-12.jpg

то наблюдается С. Правое неравенство означает, что коллективные процессы протекают быстрее, чем релак-сац. процессы в каждом атоме. Левое неравенство означает, что фотоны покидают объём за время, меньшее времени наведения межатомных корреляций, так что стимулиров. процессами во время развития С. можно пренебречь. При выполнении этих условий система N атомов излучает импульс С., пиковая интенсивность к-рого на неск. порядков превосходит интенсивность спонтанного излучения, причём осн. часть излучения направлена вдоль наиб. вытянутости объёма (рис. 2,в). При8019-13.jpg часть излучённой энергии снова запитывается в атомную подсистему и излучение формируется в виде последовательности импульсов с уменьшающимися амплитудами (рис. 2,в) - осцилляторный режим С.

Важной характеристикой С. является время задержки импульса t0, определяемое по моменту наблюдения максимума импульса, к-рое примерно на порядок превосходит длительность самого импульса С.8019-14.jpg . Такая задержка импульса С. объясняется тем, что процесс распада начинается с изотропного спонтанного излучения, и лишь благодаря взаимодействию атомов через поле излучения в системе происходит нарастание корреляций дипольных моментов атомов, к-рые достигают макс. значения как раз в момент t0.

В случае8019-15.jpg наблюдается режим усиления спонтанного излучения. Левое неравенство означает, что поляризация быстро подстраивается под поле, а правое - то, что фотоны остаются внутри среды на время8019-16.jpg , достаточное для лавинообразного нарастания стимулиров. излучения (протекающего за время8019-17.jpg). В литературе процесс усиления спонтанного излучения наз. также часто сверхлюминесценцией. С. отличается от него тем, что в формировании С. вынужденные переходы атомов практически не играют роли.

Эффект С. имеет как общефиз., так и прикладное значение. С физ. точки зрения эффект С. является примером кооперативного поведения системы N частиц, взаимодействующих с эл--магн. полем. Вопросы о формировании скоррелиров. состояния в такой системе, выяснение роли геометрии среды в формировании пространственной когерентности и влиянии формы на скорость указанных процессов представляют общий интерес. С прикладной точки зрения эффект С. имеет значение как один из методов получения когерентного излучения в беззеркальных системах. Особенно это важно для КВ-диапазона (рентгеновского и гамма-излучения), где трудно надеяться на получение высокоотражающих зеркал. Теоретич. оценки показывают, что С. может оказаться возможным механизмом генерации когерентного излучения в этих диапазонах.

Литература по сверхизлучение

  1. Dicke R. H., Coherence in spontaneous radiation processes, «Phys. Rev.», 1954, v. 93, p. 99;
  2. Андреев А. В., Оптическое сверхизлучение: новые идеи и новые эксперименты, «УФН», 1990, т. 160, в. 12, с. 1;
  3. Андреев А. В., Емельянов В. И., Ильинский Ю. А., Кооперативные явления в оптике. Сверхизлучение. Бистабильность. Фазовые переходы, М., 1988;
  4. Кооперативное излучение и статистика фотонов, Л., 1986.

А. В. Андреев

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

Знаете ли Вы, как разрешается парадокс Ольберса?
(Фотометрический парадокс, парадокс Ольберса - это один из парадоксов космологии, заключающийся в том, что во Вселенной, равномерно заполненной звёздами, яркость неба (в том числе ночного) должна быть примерно равна яркости солнечного диска. Это должно иметь место потому, что по любому направлению неба луч зрения рано или поздно упрется в поверхность звезды.
Иными словами парадос Ольберса заключается в том, что если Вселенная бесконечна, то черного неба мы не увидим, так как излучение дальних звезд будет суммироваться с излучением ближних, и небо должно иметь среднюю температуру фотосфер звезд. При поглощении света межзвездным веществом, оно будет разогреваться до температуры звездных фотосфер и излучать также ярко, как звезды. Однако в дело вступает явление "усталости света", открытое Эдвином Хабблом, который показал, что чем дальше от нас расположена галактика, тем больше становится красным свет ее излучения, то есть фотоны как бы "устают", отдают свою энергию межзвездной среде. На очень больших расстояниях галактики видны только в радиодиапазоне, так как их свет вовсе потерял энергию идя через бескрайние просторы Вселенной. Подробнее читайте в FAQ по эфирной физике.

НОВОСТИ ФОРУМАФорум Рыцари теории эфира
Рыцари теории эфира
 20.09.2019 - 04:36: ВОСПИТАНИЕ, ПРОСВЕЩЕНИЕ, ОБРАЗОВАНИЕ - Upbringing, Inlightening, Education -> Просвещение от Вячеслава Осиевского - Карим_Хайдаров.
18.09.2019 - 12:08: НОВЫЕ ТЕХНОЛОГИИ - New Technologies -> ПРОБЛЕМА ИСКУССТВЕННОГО ИНТЕЛЛЕКТА - Карим_Хайдаров.
18.09.2019 - 06:01: ВОСПИТАНИЕ, ПРОСВЕЩЕНИЕ, ОБРАЗОВАНИЕ - Upbringing, Inlightening, Education -> Просвещение от Л.Г. Ивашова - Карим_Хайдаров.
17.09.2019 - 05:51: ВОЙНА, ПОЛИТИКА И НАУКА - War, Politics and Science -> ФАЛЬСИФИКАЦИЯ ИСТОРИИ - Карим_Хайдаров.
17.09.2019 - 05:41: ВОСПИТАНИЕ, ПРОСВЕЩЕНИЕ, ОБРАЗОВАНИЕ - Upbringing, Inlightening, Education -> Просвещение от Андрея Тиртхи - Карим_Хайдаров.
16.09.2019 - 18:21: ЭКОНОМИКА И ФИНАНСЫ - Economy and Finances -> ПРОБЛЕМА КРИМИНАЛИЗАЦИИ ЭКОНОМИКИ - Карим_Хайдаров.
16.09.2019 - 03:11: СОВЕСТЬ - Conscience -> РУССКИЙ МИР - Карим_Хайдаров.
14.09.2019 - 18:23: ПЕРСОНАЛИИ - Personalias -> WHO IS WHO - КТО ЕСТЬ КТО - Карим_Хайдаров.
13.09.2019 - 09:08: ЭКОЛОГИЯ - Ecology -> Биологическая безопасность населения - Карим_Хайдаров.
12.09.2019 - 17:47: ВОЙНА, ПОЛИТИКА И НАУКА - War, Politics and Science -> РАСЧЕЛОВЕЧИВАНИЕ ЧЕЛОВЕКА. КОМУ ЭТО НАДО? - Карим_Хайдаров.
08.09.2019 - 03:42: ВОСПИТАНИЕ, ПРОСВЕЩЕНИЕ, ОБРАЗОВАНИЕ - Upbringing, Inlightening, Education -> Просвещение от О.Н. Четвериковой - Карим_Хайдаров.
07.09.2019 - 07:36: ВОСПИТАНИЕ, ПРОСВЕЩЕНИЕ, ОБРАЗОВАНИЕ - Upbringing, Inlightening, Education -> Декларация Академической Свободы - Карим_Хайдаров.
Bourabai Research Institution home page

Bourabai Research - Технологии XXI века Bourabai Research Institution