Многофотонные процессы в атоме: Методические указания

М и ни сте р ство о б р а зо ва ни я р о сси йско й ф е де р а ци и В о р о не ж ски й г о суда р стве нны й уни ве р си те т Ф и зи ческ и й ф ак у л ьтет К а ф едр а о пт и ки и спект р о ско пи и

М ногоф отонны е пр оцессы в атоме М е то ди че ски е ука за ни я для студе нто в и ма г и стр о в 5 и 6 кур со в ф и зи че ско г о ф а культе та (дне вно г о о тде лени я) Со ста ви те ль Клю е в В .Г.

В ор онеж 2002

PDF created with FinePrint pdfFactory Pro trial version http://www.fineprint.com

§1. Гр а ни цы те о р и и 1. Р а ссма тр и ва е тся и зо ли р о ва нны й а то м. Пр и это м не р а ссма тр и ва ю тся: - со уда р е ни я а то мо в; - ма кр о сво йства си сте мы а то мо в; - эф ф е кты , связа нны е с во зде йстви е м на а то м вто р и чно г о и злуче ни я. Та ка я мо де ль мо ж е т б ы ть р е а ли зо ва на в экспе р и ме нте и по зво ляе т на б лю да ть эле ме нта р ны е во зб уж де ни я б е з и ска ж е ни й. 2. Па да ю щ е е на а то м и злуче ни е ха р а кте р и зуе тся следую щ и ми па р а ме тр а ми : - и злуче ни е о дно ча сто тно е ; - р а спр е де ле ни е а мпли туды по ф р о нту р а вно ме р но е ; - во лна пло ска я; - дли на во лны в ди а па зо не 0,1-1 мкм. Ука за нны е па р а ме тр ы о б е спе чи ва ю тся в лазе р но м и злуче ни и , для ко то р о г о р а спр е де лени е а мпли туды по ф р о нту б ли зко к г а уссо во му. 3. Те р ми н “Си льно е по ле ”. По ле счи та е тся си льны м, е сли за вр е мя е г о де йстви я ста но вятся сущ е стве нны ми пр о це ссы с уча сти е м не ско льки х ф о то но в (мно г о ф о то нна я и о ни за ци я). §2. Ха р а кте р и сти ки си льно г о све то во г о по ля Кла сси че ски й ха р а кте р по ля И злуче ни е о пи сы ва е тся ка к электр о ма г ни тно е по ле , т.е . на класси че ско м язы ке , г де Е =Е (x,y,z,t). Р а ссмо тр и м, ко г да та ко й по дхо д во змо ж е н. В ква нто во й те о р и и све та на пр яж е нно сть электр о ма г ни тно г о по ля являе тся ква нто вы м о пе р а то р о м, ко то р ы й пр и о пи са ни и по г ло щ е ни я ф о то на а то мо м в а мпли туде пе р е хо да да е т мно ж и те ль n kr α ,а пр и о пи са ни и и спуска ни я – мно ж и те ль n kr α + 1 , г де n krα - чи сло ф о то но в с во лно вы м ве кто р о м k и да нно й по ляр и за ци е й α . Пр и это м ма тр и чны е эле ме нты пр ямо г о и о б р а тно г о пр о це ссо в счи та е м о ди на ко вы ми . То г да эл.ма г ни тно е по ле мо ж но р а ссма тр и ва ть ка к класси че ско е пр и усло ви и n krα >> 1. О це нки по ка зы ва ю т, что пр и λ=0.5 мкм и ∆λ~10-5 (что ха р а кте р но для ти пи чны х ла зе р о в) это му усло ви ю удо влетво р яе тзна че ни е Е >> 1 В /см. Па р а ме тр ы , ха р а кте р и зую щ и е све то во е по ле 1. Ч а сто та ω . В ука за нно й о б ла сти спе ктр а о на и ме е тпо р ядо к 1015 с-1 (hν~1 эВ ). 2. Сте пе нь по ляр и за ци и . Счи та е м, что све тпо ляр и зо ва н по лно стью , а сте пе нь элли пти чно сти мо ж е тме няться о тли не йно й до кр уг о во й. (В со о тве тствую щ е й вр а щ а ю щ е йся си сте ме ко о р ди на тмо ж но р а зде ли ть вр е ме нны е и пр о стр а нстве нны е пе р е ме нны е , что зна чи те льно упр о щ а е т а на ли з). 3. Н а пр яж е нно сть по ля све то во й во лны . О б ы чно на пр яж е нно сть по ля све то во й во лны ср а вни ва е тся с а то мно й на пр яж е нно стью Е а т=m 2e5h-4 ~

PDF created with FinePrint pdfFactory Pro trial version http://www.fineprint.com

5•109 В /см, пр и ко то р о й а то м и о ни зи р уе тся за ха р а кте р но е а то мно е вр е мя τа т=2.4 •10-17 с-1. Следуе то тме ти ть, что е ди но г о ко ли че стве нно г о кр и те р и я зде сь не т. О н за ви си то тко нкр е тно г о явле ни я. Н а пр и ме р : а ) р е зо на нсно е пе р е ме ш и ва ни е связа нны х электр о нны х со сто яни й пр и во зни кно ве ни и р е зо на нса ме ж ду ча сто то й вне ш не г о по ля и ча сто то й пе р е хо да ме ж ду двумя а то мны ми ур о внями во зни ка е т пр и на пр яж е нно сти по ля ~ 10 В /см. И это по ле в да нно й за да че пр о являе тся ка к си льно е , б ) а во т ве р о ятно сть двухф о то нно й и о ни за ци и а то ма ста но ви тся ср а вни те льно й с ве р о ятно стью пр и ф о то нно й и о ни за ци и пр и Е ~106 В /см ~ 10-3•Е а т . То е сть во вто р о м пр и ме р е кр и ти че ска я на пр яж е нно сть по ля в 105 р а з б о льш е , че м в пе р во м пр и ме р е . Н а пр а кти ке си льно е све то во е по ле о б е спе чи ва е тся лазе р о м. Пр и нци пи а льны е пр е и мущ е ства лазе р а пе р е д не ко г е р е нтны ми и сто чни ка ми со сто ятв сле дую щ е м: - чр е звы ча йно вы со ка я о дно ча сто тно сть; - р е зка я на пр а вленно сть, о б е спе чи ва ю ща я ма кси ма льно вы со кую яр ко сть ла зе р а ка к и сто чни ка све та ; экви ва ле нтны й ла зе р у мни мы й и сто чни к о че нь б ли зо к к то че чно му, по это му ла зе р ны й луч мо ж но ф о куси р о ва ть до р а зме р о в дли ны во лны . 4. В р е мя уве ли че ни я а мпли туды до ма кси ма льно г о зна че ни я δТ (вр е мя вклю че ни я во змущ е ни я) и Т-вр е мя, в те че ни е ко то р о г о по дде р ж и ва е тся за да нно е зна че ни е а мпли туды (вр е мя де йстви я во змущ е ни я). Д ля и мпульсны х ла зе р о в δТ~Т~10-8 с. Д ля не пр е р ы вны х - δТ