ЧЕРКАССЫ  ИНФОРМАЦИОННО-СПРАВОЧНЫЙ ПОРТАЛ ГОРОДА И ОБЛАСТИ   ГЛАВНАЯ         ВХОД          РЕГИСТРАЦИЯ        КАРТА САЙТА   
Энциклопедии и справочники

Физическая энциклопедия
САМОИНДУЦИРОВАННАЯ ПРОЗРАЧНОСТЬ

САМОИНДУЦИРОВАННАЯ ПРОЗРАЧНОСТЬ
       
эффект пропускания коротких мощных когерентных импульсов света резонансно поглощающими средами. При С. п. глубина проникновения импульса в среду значительно превосходит обычную длину поглощения света в среде, а скорость его распространения, как правило, значительно меньше групповой скорости света в среде. С. п. наблюдается, когда длительность импульса света меньше времени релаксации, а интенсивность его превышает нек-рое пороговое значение. При выполнении этих условий световой импульс любого вида после прохождения в среде определённой длины приходит в стационарное состояние, в к-ром длительность, энергия и форма его остаются неизменными. Стационарный импульс имеет симметричную форму; в течение первой его половины резонансные атомы переводятся из осн. состояния в возбуждённое, в течение второй половины импульса происходит обратный процесс. Если энергия падающего на среду импульса достаточна для перевода в возбуждённое состояние всех атомов в области его влияния, то такой импульс придёт в стационарное состояние; в противном случае затухнет. Этим и определяется пороговое значение интенсивности падающего импульса.

Физический энциклопедический словарь. — М.: Советская энциклопедия. Главный редактор А. М. Прохоров. 1983.

САМОИНДУЦИРОВАННАЯ ПРОЗРАЧНОСТЬ

- эффект прохождения короткихмощных импульсов когерентного оптич. излучения без потерь энергии черезсреду, резонансно поглощающую непрерывное излучение или длинные импульсы. <С. п. относится к когерентным резонансным эффектам: её наблюдение возможнотолько при условии, что длительность импульса 8014-83.jpgзначительно меньше времён релаксации (для разреженных газов 8014-84.jpg10-7-10-8 с, для конденсиров. сред 8014-85.jpg10-11-10-12 с). В этом случае релаксац. процессы не успевают нарушить фазовые соотношениямежду полем и нестационарным резонансным откликом вещества, вследствиечего энергия, поглощённая средой на переднем фронте импульса с достаточновысокой интенсивностью, может быть полностью возвращена импульсу на егозаднем фронте за счёт процессов индуциров. испускания. Тем самым С. п. <принципиально отличается от просветления среды, связанного с некогерентнымэффектом насыщения - выравниванием заселённостей основного и возбуждённогосостояний (см. Просветления эффект). Эффект С. п. был предсказанС. Л. Мак-Коллом (McCall S. L.) и Э. Ханом (Е. Hahn) в 1965 и наблюдалсяими в 1967.

Возможность проявления С. п. обусловлена колебат. характером динамикиквантовых переходов в резонансном поле в отсутствие релаксации (т. е. втечение времени 8014-86.jpgсм. Двухуровневая система). Частицы вещества, первоначально находившиесяв ниж. энергетич. состоянии 8014-87.jpg,под действием импульса когерентного эл.-магн. излучения, частота к-рогоw совпадает с частотой перехода между квантовыми уровнями а и b, переходятв когерентную суперпозицию состояний 8014-88.jpgпоглощая при этом часть энергии поля. Т. к. предположительно когерентностьвзаимодействия не нарушается релаксац. процессами (т. к.8014-89.jpg),то в определ. момент частицы оказываются в верх. состоянии 8014-90.jpg, а затем постепенно переходят в ниж. состояние 8014-91.jpg, возвращая полю в процессе индуцированного испускания запасённую ранееэнергию. Под действием последующих частей импульса процесс обмена энергиеймежду полем и веществом повторяется. Если амплитуда и длительность импульсатаковы, что по его окончании все резонансные частицы оказываются в исходномневозбуждённом состоянии, то такой импульс проходит через среду без потерисвоей энергии.

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

Эффект С. п. возникает в оптически плотных средах, когда влияние веществана поле значительно, и представляет собой один из возможных режимов когерентногораспространения коротких импульсов в резонансных средах. Его простейшееописание основано на использовании волнового ур-ния для медленно меняющейсяамплитуды электрич. поля импульса A(t,z) (полное поле 8014-92.jpg+ к. с.) и ур-ний для матрицы плотности двухуровневой системы, записанныхв предположении, что длительность импульса 8014-93.jpgнамного меньше времён продольной Т 1 и поперечной Т 2 релаксации.

Режим прохождения импульса через резонансно поглощающую среду определяетсяего «площадью»
8014-94.jpg

где 8014-95.jpg -матричный элемент электрич. дипольного момента двухуровневой системы. Параметр 8014-96.jpgотражает состояние среды в данной точке после прохождения импульса. В частности, <при 8014-97.jpg (n= 0, 1, 2,...) процесс обмена энергией между полем и веществом заканчиваетсявозвратом резонансных частиц в исходное невозбуждённое состояние.

8014-99.jpg

Рис. 1. Зависимость «площади» импульса 8014-100.jpgот 8014-101.jpg.Для возбуждённого образца 8014-102.jpgразвивается в направлении - z (z изменяется в единицах 8014-103.jpg).

Для 8014-98.jpgсправедлива т. н. теорема площадей, графическое представление к-рой данона рис. 1. В случае, когда частота импульса совпадает с центральной частотой w0,симметричной неоднородно уширенной линии, «теорема площадей» выражаетсяф-лой
8014-104.jpg

где 8014-105.jpg- значение 8014-106.jpgна входе в среду, К =8014-107.jpgN- плотность резонансных частиц, g(0) - значение ф-ции распределения 8014-108.jpgсобств. частот 8014-109.jpgв максимуме. Параметр К имеет смысл коэф. затухания слабых импульсов с 8014-110.jpg

Пропускание коротких импульсов средой зависит от их площади. При 8014-111.jpgимпульсы затухают на расстоянии в неск. длин поглощения, равных К -1 (рис.1, 2, слева). Режим С. п. реализуется, если входная площадь импульсов превышаетпороговое значение 8014-112.jpg

8014-113.jpg

Рис. 2. Эволюция формы импульса при распространении в поглощающейрезонансной сфере: слева - при 8014-114.jpg8014-115.jpgсправа - при 8014-116.jpg8014-117.jpgНачальная форма импульса - гауссова.

В этом случае по мере распространения импульса «площадь» его 8014-118.jpgстремится к ближайшему стабильному значению 8014-119.jpg(n = 1, 2, 3,...), т. е. формируются т. н.8014-120.jpg -импульсы, <проходящие через среду без потерь.

При 8014-121.jpgна расстояниях порядка неск. длин поглощения формируются стационарные 8014-122.jpg -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
8014-123.jpg

где v - групповая скорость распространения стационарного импульса, <связанная с длительностью импульса 8014-124.jpgв отсутствие неоднородного уширения линии поглощения эта связь выражаетсяф-лой
8014-125.jpg

Видно, что стационарные импульсы «бегут» со скоростью, меньшей скоростисвета с. Значение v уменьшается с увеличением коэф. поглощения . п длительности импульса и может отличаться от с на 3-4 порядка. <Это замедление импульсов обусловлено пост. эфф. обменом энергией междуполем и веществом и является характерной особенностью С. п.

Если 8014-126.jpg,то одиночные входные импульсы разбиваются на соответствующее кол-во субимпульсов, <что можно трактовать как процесс разбегания солитонов, каждый из к-рыхв отдельности является 8014-127.jpg -импульсом.

Следует отметить, что при 8014-128.jpgв зависимости от формы входного импульса возможно формирование т. н.8014-129.jpg -импульсов, <нулевое значение площади к-рых достигается не за счёт поглощения всей энергииполя, а вследствие скачкообразных изменений фазы внутри импульса.

Проявление эффекта С. п. возможно и при двухфо-тонном поглощении, когдасумма частот падающего излучения w1+w2 совпадаетс частотой двухфотонного перехода в веществе wba (см. Многофотонноепоглощение). Напр., в вырожденном по частоте случае 8014-130.jpgпри условии 8014-131.jpgформируются импульсы, к-рые при распространении в среде не теряют своейэнергии, однако длительность их всё время сокращается при соответствующемвозрастании интенсивности. [Здесь 8014-132.jpg -матричный элемент двухфотонного перехода, д- константа динамич. <штарковского сдвига частоты перехода, вызываемого электрич. полем импульса(см. Штарка эффект динамический)].

Эксперим. критериями С. п. являются: пороговое возрастание прочностисреды при увеличении интенсивности падающих импульсов, наличие временнойзадержки выходных импульсов и разбиение на субимпульсы при достаточно высокихзначениях интенсивности.

Эффект С. п. наблюдался экспериментально в твёрдых телах и в газах [3].

С. п. представляет большой интерес для нелинейной оптики резонансныхсред, физики солитонов, лазерной спектроскопии (в частности, для определениявеличин матричных элементов квантовых переходов).

Лит.:1) М с С а 1 1 S. L., Н a h п Е. L., Coherent light propagationthrough an inhomogeneously broadened 2-level system, «Bull. Amer. Phys.Soc.», 1965, v. 10, № 9, p. 1189; 2) их же, Self induced transparency bypulsed coherent light, «Phys. Bev, Lett.», 1967, v. 18, p. 908; 3) АлленЛ., Эберли Д ж., Оптический резонанс и двухуровневые атомы, пер. с англ.,М., 1978; 4) П о л у э к т о в И. А., Попов Ю. М., Р о й т б е р г В. С.,Эффект самоиндуцированной прозрачности, «УФН», 1974, т. 114, с. 97. Н. Н. Драбович.

Физическая энциклопедия. В 5-ти томах. — М.: Советская энциклопедия. Главный редактор А. М. Прохоров. 1988.



Наверх

Ротатор баннеров 468x60

Баннеров в ротаторе: 0   Смотреть все   Добавить баннер
 

 
Добавить баннер

Добавить баннер       Партнерка для Вашего сайта



Ротатор баннеров 88x31

Баннеров в ротаторе: 0   Смотреть все   Добавить баннер