Русская Википедия:Самоиндуцированная прозрачность
Самоиндуцированная прозрачность (СИП) — явление прохождения когерентного (лазерного) импульса излучения через резонансную среду без поглощения.
История открытия
СИП (Шаблон:Lang-en) была предсказана С.Шаблон:NbspМак-Коллом и Э.Шаблон:NbspХаном в 1965 году и впервые наблюдалась ими же два года спустя при исследовании прохождения ультракоротких импульсов (УКИ) в рубиновом стержне при Шаблон:Num. Когда мощность импульса превышала критическое значение, потери энергии при распространении уменьшались в Шаблон:Val.
СИП в полупроводниках предсказана в ФИАН СССР в работах Ю. М. Попова, И. А. Полуэктова и В. С. Ройтберга.
Механизм явления
Возникает, когда через резонансную среду проходит импульс когерентного (лазерного) электромагнитного излучения, длительность которого много меньше времён релаксации <math>\tau_{p} \ll T_1, T_2</math>, где <math>T_1</math> — время жизни возбуждённого состояния атома среды (время продольной релаксации), <math>T_2</math> — время релаксации поляризации (время поперечной релаксации, или время дефазировки), которое характеризует скорость затухания дипольного момента системы. Как правило, <math>T_2 \ll T_1</math>. Если напряжённость поля излучения достаточно велика, ансамбль резонансных атомов переходит в когерентное возбуждённое состояние под действием первой половины импульса (на фронте импульса), и когерентно релаксирует в основное состояние под действием второй половины импульса (на спаде импульса). Таким образом, излучение не поглощается.
Математическое описание явления самоиндуцированной прозрачности основано на решении самосогласованной системы уравнений Максвелла — Блоха: волновое уравнение Максвелла отвечает за распространение импульса света в резонансной двухуровневой среде, динамика которой определяется оптическими уравнениями Блоха (фактически они играют роль материальных уравнений). Используя приближения вращающейся волны и медленно меняющихся амплитуд, Мак-Колл и Хан получили аналитическое выражение для стационарного импульса (солитона), распространяющегося в резонансной среде без потерь энергии:
<math>E (z, t) = \frac{2 \hbar}{\mu \tau_p} \operatorname{sech} \frac{\tau}{\tau_p}</math>, (1)
где <math>\mu</math> — дипольный момент перехода, <math>\tau = t-z/v</math> — время в движущейся системе координат, <math>\tau_p</math> — длительность импульса, <math>\operatorname{sech}</math> — функция гиперболического секанса, <math>\hbar</math> — постоянная Планка.
Важной характеристикой взаимодействия импульса со средой является его «площадь», равная по определению
<math>\theta(z) = \frac{\mu}{\hbar} \int^\infty_{-\infty} E(z, t) dt</math>. (2)
Если площадь равна <math>\theta = 2 \pi n</math>, это означает, что импульс возвращает после возбуждения резонансные атомы точно в нижнее (основное) состояние, так что вся энергия, запасённая в среде, возвращается обратно в поле излучения. Легко видеть, что стационарный импульс типаШаблон:Nbsp(1) имеет площадь ровно <math>\theta = 2 \pi</math>, поэтому такие импульсы часто называют <math>2 \pi</math>-импульсами.
Литература
- Шаблон:Статья
- Шаблон:Статья
- Шаблон:Статья
- Шаблон:Статья
- Шаблон:Статья
- Шаблон:Книга
- Шаблон:Статья
- Шаблон:Статья
