Selvfremkaldt gennemsigtighed

Selvinduceret transparens ( SIT ) er fænomenet med passage af en kohærent (laser) strålingsimpuls gennem et resonansmedium uden absorption.

Opdagelseshistorie

SIP ( self-induced transparency ) blev forudsagt af S. McCall og E. Khan i 1965 og blev først observeret af dem to år senere, da de studerede passagen af ultrakorte pulser (USP'er) i en rubinstav ved 40 K. Når pulseffekten oversteg den kritiske værdi, faldt energitabet under udbredelsen med en faktor på 105 .

SIT i halvledere blev forudsagt ved FIAN i USSR i værker af Yu. M. Popov , I. A. Poluektov og V. S. Roitberg.

Mekanismen bag fænomenet

Det opstår, når en puls af kohærent (laser) elektromagnetisk stråling passerer gennem et resonansmedium , hvis varighed er meget mindre end afslapningstiderne , hvor er levetiden for den exciterede tilstand af mediets atom (langsgående afslapningstid), er polarisationsrelaksationstiden (tværrelaksationstiden eller defaseringstid), som karakteriserer henfaldshastigheden af systemets dipolmoment . Som regel . Hvis strålingsfeltstyrken er tilstrækkelig høj, går ensemblet af resonante atomer ind i en kohærent exciteret tilstand under påvirkning af den første halvdel af pulsen (ved pulsfronten) og slapper kohærent af til grundtilstanden under påvirkning af den anden. halvdelen af pulsen (ved pulsens henfald). Således absorberes strålingen ikke. ${\displaystyle \tau _{p}\ll T_{1},T_{2))$ $T_{1}$ $T_{2}$ $T_{2}\ll T_{1}$

Den matematiske beskrivelse af fænomenet selv-induceret gennemsigtighed er baseret på løsningen af det selvkonsistente system af Maxwell-Bloch-ligninger: Maxwell- bølgeligningen er ansvarlig for udbredelsen af en lysimpuls i et resonant to-niveau medium, hvis dynamik bestemmes af de optiske Bloch-ligninger (faktisk spiller de rollen som materialeligninger). Ved at bruge den roterende bølge og langsomt varierende amplitudetilnærmelser udledte McCall og Hahn et analytisk udtryk for en stationær puls ( en soliton ), der forplanter sig i et resonansmedium uden tab af energi:

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

hvor er overgangsdipolmomentet , er tiden i det bevægelige koordinatsystem, er pulsvarigheden, er den hyperbolske sekantfunktion og er Plancks konstant . $\mu$ $\tau=tz/v$ $\tau_{p}$ $\operatørnavn {sech}$ $\hbar$

En vigtig egenskab ved interaktionen af en puls med et medium er dens "areal", som per definition er lig med

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

Hvis arealet er lig med , betyder det, at impulsen efter excitation returnerer resonansatomerne nøjagtigt til den nedre (jord)tilstand, således at al den energi, der er lagret i mediet, vender tilbage til strålingsfeltet. Det er let at se, at en stationær puls af typen (1) har et areal nøjagtigt , så sådanne pulser kaldes ofte -pulser. $\theta =2\pi n$ $\theta=2\pi$ $2\pi$

Litteratur

SL McCall, EL Hahn. Self-induced Transparency by Pulsed Coherent Light // Physical Review Letters . - 1967. - T. 18 . - S. 908-911 .
SL McCall, EL Hahn. Selvfremkaldt gennemsigtighed // Fysisk gennemgang . - 1969. - T. 183 . - S. 457-485 .
P. G. Kryukov, V. S. Letokhov Udbredelse af en lysimpuls i et resonansforstærkende (absorberende) medium // UFN . - 1969. - T. 99 . - S. 169-223 .
GL Lamb, Jr. Analytiske beskrivelser af ultrakort optisk pulsudbredelse i et resonansmedium // Anmeldelser af moderne fysik . - 1971. - T. 43 . - S. 99-124 .
I. A. Poluektov , Yu. M. Popov og V. S. Roitberg . Effekten af selvfremkaldt gennemsigtighed // UFN . - 1974. - T. 114 . - S. 97-131 .
L. Allen, J. Eberle. Optisk resonans og to-niveau atomer. — M .: Mir, 1978.
Drabovich N. N. Selvfremkaldt gennemsigtighed // Fysisk encyklopædi . - M. : BRE, 1994. - T. 4 . - S. 409-410 .
Maimistov AI Optiske solitoner // Soros Educational Journal . - 1999. - Nr. 11 . - S. 101 .