Självinducerad transparens

Självinducerad transparens ( SIT ) är fenomenet att en koherent (laser) strålningspuls passerar genom ett resonansmedium utan absorption.

Upptäcktshistorik

SIP ( self-induced transparency ) förutspåddes av S. McCall och E. Khan 1965 och observerades först av dem två år senare när de studerade passagen av ultrakorta pulser (USP) i en rubinstav vid 40 K. När pulseffekten översteg det kritiska värdet minskade energiförlusten under utbredningen med en faktor 105 .

SIT i halvledare förutspåddes vid FIAN i Sovjetunionen i verk av Yu. M. Popov , I. A. Poluektov och V. S. Roitberg.

Mekanismen för fenomenet

Det uppstår när en puls av koherent (laser) elektromagnetisk strålning passerar genom ett resonansmedium , vars varaktighet är mycket kortare än avslappningstiderna , där är livslängden för det exciterade tillståndet för mediets atom (längdgående relaxationstid), är polarisationsrelaxationstiden (tvärrelaxationstid eller avfasningstid), som kännetecknar avklingningshastigheten för systemets dipolmoment . Som regel ,. Om strålningsfältstyrkan är tillräckligt hög, övergår ensemblen av resonanta atomer till ett koherent exciterat tillstånd under inverkan av den första halvan av pulsen (vid pulsfronten), och slappnar av koherent till grundtillståndet under inverkan av den andra hälften av pulsen (vid pulsens avklingning). Strålningen absorberas alltså inte. ${\displaystyle \tau _{p}\ll T_{1},T_{2))$ $T_{1}$ $T_{2}$ $T_{2}\ll T_{1}$

Den matematiska beskrivningen av fenomenet självinducerad transparens är baserad på lösningen av det självkonsistenta systemet av Maxwell-Bloch-ekvationer: Maxwell- vågekvationen är ansvarig för utbredningen av en ljuspuls i ett resonant tvånivåmedium, vars dynamik bestäms av de optiska Bloch-ekvationerna (i själva verket spelar de rollen som materialekvationer). Med hjälp av den roterande vågen och långsamt varierande amplitudapproximationer härledde McCall och Hahn ett analytiskt uttryck för en stationär puls ( en soliton ) som fortplantar sig i ett resonansmedium utan förlust av energi:

$E(z,t)={\frac {2\hbar }{\mu \tau _{p))}\operatörsnamn {sech} {\frac {\tau }{\tau _{p))}$ , (ett)

där är övergångsdipolmomentet , är tiden i det rörliga koordinatsystemet, är pulslängden, är den hyperboliska sekantfunktionen och är Plancks konstant . $\mu$ $\tau=tz/v$ $\tau_{p}$ $\operatörsnamn {sech}$ $\hbar$

En viktig egenskap hos en pulss interaktion med ett medium är dess "area", som per definition är lika med

$\theta (z)={\frac {\mu }{\hbar }}\int _{-\infty }^{\infty }E(z,t)dt$ . (2)

Om arean är lika med , betyder det att impulsen efter excitation återför resonansatomerna exakt till det lägre (mark)tillståndet, så att all energi som lagras i mediet återgår till strålfältet. Det är lätt att se att en stationär puls av typ (1) har en area exakt , så sådana pulser kallas ofta -pulser. $\theta =2\pi n$ $\theta=2\pi$ $2\pi$

Litteratur

SL McCall, EL Hahn. Självinducerad transparens av pulserat koherent ljus // Physical Review Letters . - 1967. - T. 18 . - S. 908-911 .
SL McCall, EL Hahn. Självinducerad transparens // Fysisk granskning . - 1969. - T. 183 . - S. 457-485 .
P. G. Kryukov, V. S. Letokhov Utbredning av en ljuspuls i ett resonansförstärkande (absorberande) medium // UFN . - 1969. - T. 99 . - S. 169-223 .
GL Lamb, Jr. Analytiska beskrivningar av ultrakort optisk pulsutbredning i ett resonansmedium // Recensioner av modern fysik . - 1971. - T. 43 . - S. 99-124 .
I.A. Poluektov , Yu.M. Popov och V.S. Roitberg . Effekten av självinducerad transparens // UFN . - 1974. - T. 114 . - S. 97-131 .
L. Allen, J. Eberle. Optisk resonans och tvånivåatomer. — M .: Mir, 1978.
Drabovich N. N. Självinducerad transparens // Fysisk uppslagsverk . - M. : BRE, 1994. - T. 4 . - S. 409-410 .
Maimistov AI Optiska solitoner // Soros Educational Journal . - 1999. - Nr 11 . - S. 101 .