WWW.LIBRUS.DOBROTA.BIZ
БЕСПЛАТНАЯ  ИНТЕРНЕТ  БИБЛИОТЕКА - собрание публикаций
 

«О ДВУХФОТОННОМ ВЗАИМОДЕйcrвИИ КОГЕРЕнтого ИЗЛУЧЕНИЯ с ТОНКОЙ ПЛЕНКОЙ РЕЗОНАНСНЫХ АТОМОВ А. М Башаров, А. И. Маймuстов*, С. О. Елютuн Московский государственный ...»

ЖЭТФ, том выn. стр. 30-42

1999, 115, 1, @1999

О ДВУХФОТОННОМ ВЗАИМОДЕйcrвИИ КОГЕРЕнтого ИЗЛУЧЕНИЯ с

ТОНКОЙ ПЛЕНКОЙ РЕЗОНАНСНЫХ АТОМОВ

А. М Башаров, А. И. Маймuстов*, С. О. Елютuн

Московский государственный инженерно-физический институт (технический университет)

Москва, Россия

115409,

ПOC'I}'J1ила в редакцию июля г .

Рассмотрена задача о взаимодействии ультракороткого ОIПИЧеского импульса с тон­ кой пленкой резонансных атомов в условиях двухфотонноro поглощения, генерации тре­ тьей гармоники и ее обратноro Wlияния на импульс накачки за счет.комбинационноro рассеяния. Таюке прииято во внимание отличие поля, действующего на атом, от макро­ скопическоro поля в пленке. Показано, что даже в отсутствие необратимой релаксации возникает динамическая релаксация поляризации пленки, которая приводит к подавле­ нию осцилляций Раби и устаНОWlению стационарных значений населенностей резонанс­ ных энергетических уровней и поляризации пленки как на частоте накачки, так и на час­ тоте третьей гармоники .

ВВЕДЕНИЕ 1 .

На протяжении уже многих лет большое внимание привлекает исследование низ­ коразМе'рных систем. Расположенная на границе р.аздела двух диэлектрических сред тонкая пленка, толщина которой меньше длины волны оптического излучения, пред­ ставляет собой простой пример такой системы. В первых исследованиях нелинейных явлений в этой системе было указано на возможность когерентного распространения оптического импульса поверхностной волны вдоль границы раздела диэлектриков, на которой расположена тонкая пленка двухуровневых атомов и определены условия от­ [1] ражения и преломления плоской волны при прохождении такой границы Рll?дела [2-4] .

Однако рассматриваемые модели не учитывали влияния поправки на поле Лоренца [5], существенное именно для случая тонкой пленки и по этой причине не отражали [6], действительной картины взаимодействия поля ультракороткого оптического импульса с нелинейной границей раздела [7-9] .

Помимо нелинейных поверхностных волн в тонкой пленке возможны многие иные интересные явления. Большое число работ посвящено изучению эффекта оптической бистабиль

–  –  –

мечено, что в этом случае существует аналогия с задачей о прохож,цении волны через систему оптических резонаторов .

Типичным примером нелинейных оптических явлеJ1ий служит параметрическое взаимодействие нескольких волн. Трехволновое взаимодействие в тонкой пленке He~ линейного диэлектрика на границе раздела двух линейных диэлектриков рассмотрено в Бьmо показано, что в тонкой пленке резонансных двухуровневых атомов могут [18] .

генерироваться когерентные отклики на внешнее импульсное воздействие, в частности, импульсы фотонного эха [19] и импульсы сверхфлюоресценции [20,21] .

Простым обобщением модели резонаНсной среды, образующей тонкую пленку на границе раздела, может быть переход к случаю двухфотонного резонанса в многоуров­ невой среде Или двойного резонанса в трехуровневой среде. Случай двойного резонанса рщ:сматривался ранее только в работе Но в исследованной модели не было учтено [4] .

влияние поля Лоренца. Случай двухфотонного резонанса рассмотрен в В рабо­ [22,23] .

те в отличие от прохождение света через тонкую пленку резонансных атомов [23], [22], изучено с учетом локального поля и показана возможность возникновения оптической бистабильности в квазистационарном режиме .





Известно что если монохроматическая волна взаимодействует со средой в [24-26], условии двухфотонного резонанса, то в такой среде неПРеменно возникает ОТЮIик на частоте этой волны и на утроенной ее частоте. Подобное явление генерации третьей гармоники сохраняется и при использовании квазимонохроматических волн, которые отвечают оптическим импульсам. Правильный учет процессов двухфотонного погло­ щения и генерации третьей гармоники, а также обратных им процессов в тонкой пленке на границе раздела линейных диэлектриков представляет собой основную задачу нас­ тоящей работы .

В разд. 1 сформулирована постановка задачи, отличительной чертой которой явля­ ется учет генерации третьей гармоники и ее обратного влияния на взаимодействие с атомами пленки; в разд. 2 получен эффективный гамильтониан рассматриваемой зада­ чи. Далее, в разд. 3и4 сформулированы уравнения Блоха и уравнения связи. Послед­ ние выражают локальное поле, действующее на атом, через падающее поле и параметры среды. Пример использования развитого подхода учета генерации и обратного влияния третьей гармоники на прохождение ультракороткого импульса обсуждается в разд. 5 .

ТОНКАЯ ПЛЕНКА НА ГРАНИЦЕ РАЗДЕЛА СРЕД 2 .

Пусть на границе раздела двух диэлектрических сред в плоскости х = О располо­ жена тонкая пленка атомов, резонансно взаимодействующих с электромагнитным по­ лем световой волны. Диэлектрические среды, окружающие пленку, характеризуются диэлектрическими проницаемостями :1 при х О и :2 при Х О. Ось z выбрана в плоскости границы раздела. Резонансные атомы описываются в рамках модели эффек­ тивного гамильтониана ДлителIlНОСТЬ импульса световой волны предполагается [25,26] .

малой по сравнению с временами релаксации поляризации и разности населенностей, но много большей оптического периода, так, чтобы было применимо приближение мед­ ленно меняющихся комплексных огибающих таких ультракоротких импульсов. Из-за присутствия плоской границы раздела система уравнений Максвелла распадается на две независимые системы, описывающие волны Т Е-~ипа:

–  –  –

(2) Удобно ввести обозначения для коэффициента (френелевского) пропускания Т и кон­ 11,:

станты связи

–  –  –

3. ЭФФЕКТИВНЫЙ ГАМИЛЬТОНИАН И ПОЛЯРИЗАЦИЯ ТОНКОЙ ПЛЕНКИ

Рассмотрим случай двухФотонного резонанса, когда удвоенная частота несущей _волны ультракороткого импульса примерно равна частоте атомного перехода, но сам

–  –  –

D ee == -..яI,Пе(wо)е-iФо -..яIЗПе(3wо)е-iЗФо + с.с .

При вычислении поляризации среды мы будем пренебрегать нерезонансными сла­ гаемыми, а также слагаемыми, пропорциональными..яI з в операторе эффективного дипольного момента, полагая, что

–  –  –

ОСОБЕННОСГИ ПРF.JIОМЛЕНИЯ УЛЬТРАКОРОТКОГО ИМПУЛЬСА

6 .

Пусть матричные элементы матрицы Пjk(c.v) будут вещественные (иначе их посто­ янные фазы можно включить в фазу медленно меняющейся амплитуды матрицы плот­ ности). Пренебрежем дисперсией этих величин и обозначим Если ввести нормировочную амплитуду оптических импульсов А о и характерное время to = 2h(П ас Ав)-1 так, чтобы. 4

–  –  –

1.6 1.0~-О 10 40 О 50 50 <

–  –  –

и населенность выходит на стационарное значение, отличное от равновесного. Важно подчеркнуть, что при этом в системе времена необратимой релаксации по-прежнему много больше длительности ультракороткого импульса. Это поведение становится по­ пятным, если переписать уравнения Блоха в виде

–  –  –

f, где 91 И 92 - некоторые функции, зависящие от падающего поля и параметров среды согласно общим уравнениям (13), (14) и (16). Видно, что учет поля Лоренца и особенно­ стей двухфотонного взаимодействия приводит к эффеtcrивному механизму релаксации, который и обусловливает выход на стационарные значения поляризации и разности на­ селенностей атомов пленки. Особенно ярко это проявляется в форме сигнала третьей гармоники (рис.

амплитудная модуляция вблизи переднего фронта третьей гармо­ 4):

ники сменяется стационарным режимом генерации гармоники. Еще раз подчеркнем, что в рассматриваемом случае фазовый синхронизм определяет направление излучения гармоники из пленки, но никак не сказывается на эффективности ее генерации .

Описанные особенности нормального падения ультракороткого импульса проявля­ ются при увеличении угла падения основной волны на границу раздела диэлектрических сред с тонкой плен~ой резонансных атомов. Поскольку при 'увеличении угла падения уменьшается эффективное поле, проникающее в пленку, меняется период осцилляций Раби, так что при одной и той же длительности ультракороткого импульса возможно реализовать два упомянутых режима взаимодействия такого импульса с тонкой плен­ кой .

в проведенной серии исследований существенного изменения формы импульса накачки не наблюдалось, поскольку концентрация резонансных атомов пленки бьmа выбрана малой. Если рассматривать пленки с концентрациями резонансных атомов ПА см- 3 или С гигантскими величинами дипольных моментов"" 10 дб, то при = 1022 взаимодействии ультракороткого импульса с пленкой его форма будет существенно де­ формироваться из-за возросшего обратного влияния пленки. Можно ожидать, что при увеличении амплитуды падающего импульса мы получим разбиение прошедшего им­ пульса, точно так же как и в случае распространения ультракороткого импульса в про­

–  –  –

пиков в огибающей прошедшего импульса. Поскольку уменьшается эффективное по­ ле, действующее на атом, уменьшается количество осцилляций Раби, каждая из которых соответствует пику на огибающейдрошедшего импульса. Сиrnал гармоники полностью будет повторять все эти особенности динамики импульса накачки. Этот случай требует более подробных исследований .

ЗАКЛЮЧЕНИЕ 7 .

в настоящей работе мы рассмотрели эффекты, связанные с прохождением ультра­ короткого импульса электромагнитного излучения через границу раздела диэлектриче­ ских сред, содержащую тонкую пленку резонансных атомов в условиях двухфотонного резонанса. Принципиальным моментом проведенного анализа является учет комбина­ ционного взаимодействия основной волны с генерируемой третьей гармоникой. При этом условия синхронизма определяют только направление излучения гармоники, а не

–  –  –

Обсуждаемые эффекты удобно наблюдать именно в третьей гармонике, поскольку ее сигнал легко отделяется с помощью фильтров и/или условий синхронизма от мощной волны накачки .

–  –  –

Работа выполнена при финансовой поддержке Российского фонда фундаменталь­ ных исследований (грант N.19~-02-17429). Один из авторов (А. М. Б) выражает благо­ дарность ЗАО «Русское Золото» за помошь в работе.




Похожие работы:

«00345G10B Казанцева Светлана Юрьевна МОДЕЛИ И СТАНДАРТЫ ВЕДЕНИЯ УЧЕТА СОБСТВЕІІНОГО КАПИТАЛА ОРГАНИЗАЦИИ В УСЛОВИЯХ РЫНОЧНОЙ ЭКОНОМИКИ 08.00.12 Бухгалтерский учет, статистика Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата экономических наук г Г; О 0 5 ДЕ!12GG и Ставрополь 2008 Работа выполнена и ФГОУ ВПО "Ростовский г...»

«Фундаментальные и прикладные ГГДРСУЙАРСТВЕННЫЙ Kwicracs проблемы техники и технологии U Z/НИВЕРСИТЕТ Научно технический журнал Издается с 1995 года Выходит шесть раз в год Учредитель Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение № 2 3 (292) 2012 высшего профессионального образования "Государственный универси...»

«МЕЖГОСУДАРСТВЕННЫЙ СОВЕТ ПО СТАНДАРТИЗАЦИИ, МЕТРОЛОГИИ И СЕРТИФИКАЦИИ (МГС) INTERSTATE COUNCIL FOR STANDARDIZATION, METROLOGY AND CERTIFICATION (ISC) ГО СТ МЕЖГОСУДАРСТВЕННЫЙ 31173— СТАНДАРТ Б ЛО...»

«005002618 Сорокин Дмитрий Васильевич ПРОЕКЦИОННЫЕ МЕТОДЫ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ФУНКЦИЙ ЛАГЕРРА В ОБРАБОТКЕ И АНАЛИЗЕ ИЗОБРАЖЕНИЙ Специальность 05.13.18 — математическое моделирование, численные методы и комплексы программ 1 7 НОЯ 2011 АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата ф...»

«СВЕРЛЕНИЕ КАМНЯ В ДРЕВНЕМ ЕГИПТЕ Экспериментальный обзор академических разногласий Леонард Горелик, А.Джон Гвинетт Перевод И.Бойдаченко, О.Кругляков Более чем самые техничные процедуры древнего мира сверление твёрдого камня, т...»

«ЎЗБЕКИСТОН РЕСПУБЛИКАСИ ОЛИЙ ВА ЎРТА МАХСУС ТАЪЛИМ ВАЗИРЛИГИ ТОШКЕНТ КИМЁ-ТЕХНОЛОГИЯ ИНСТИТУТИ Фаол тадбиркорлик, инновацион оялар ва технологияларни ўллаб-увватлаш йилига баишланади "Умидли кимёгарлар-2018" ЁШ ОЛИМЛАР, МАГИСТРАНТЛАР ВА БАКАЛАВРИАТ ТАЛАБАЛАРИНИ XXVII ИЛМИЙ-ТЕХНИКАВИЙ АНЖУМАНИ ТАКЛИФНОМА ВА ДАСТУР 3-6 апрел...»

«Хотяновский Дмитрий Владимирович ЧИСЛЕННЫЙ АНАЛИЗ СВЕРХЗВУКОВЫХ ТЕЧЕНИЙ СО СЛОЖНЫМИ УДАРНО-ВОЛНОВЫМИ СТРУКТУРАМИ 01.02.05 — механика жидкости, газа и плазмы Автореферат диссертации на соискание уче...»







 
2019 www.librus.dobrota.biz - «Бесплатная электронная библиотека - собрание публикаций»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.