Оптический резонанс и двухуровневые атомы - Аллен Л.
Скачать (прямая ссылка):
превышать л)
Хоккер н Танг [6] наблюдали оптическую нутацию1) используя полосу поглощения в газообразном SF6 и импульс от CQr лазера с длиной волны 10,6 мкм Амплитудная модуляция наблюдалась на переднем фронте импульса при достаточно высоком давлении газа sf6 Хотя модуляция не была синусоидальной, необходимый \ ровень мощности, составлявший ОКОЛ6-200 Вт/см2, приблизительно согласовывался с теоретической величиной 160 Вт/смг По^чже Бруэ и Шумеіікср [7] используя не прерывное излучение CO2 лазера, а также импульсный сдвш Штарка для молекулярных переходов в C13H3F и NH2D наблюдали различные нестационарные когерентные процессы, и в том числе оптическую нутацию
Методика экспериментов Бруэ и Шумейкера относительно проста Она применима для наблюдения широкого круга неста ционарных процессов при оптическом резонансе и потому целесообразно обсудить ее детальнее Эксперимент обычно состоит из трех этапов На первом этапе непрерывный лазер с очень узкой спектратыюй линией вызывает насыщение неботьшой части неоднородно уширенной атомной линии поглощения (Явление насыщения будет подробно обсуждаться в гл 6) Ma втором этапе скачкообразно включается постоянное электрическое поле, вызывающее штарковскин сдвиг и (пли) расщепление резонансной линии Третії этап состоит в регистрации излучения, испускаемого насыщенным попотнтетем со штарковскнм смещением Обычно это осуществляется путем наблюдения биений при его смешении с излучением того же узкополосного, непрерывного лазера, который остается включенным на протяжении всего эксперимента
В любом эксперименте такого типа можно выделить две различные группы молекул, которые играют главную роль Моле-
¦ \ Можно сказать, что оптическая нутация есть наложение колебаний инверсии с частотой Раби Q(A) (3 12) на высокочастотные колейепия с ча> стотой внешнего поля и ти модуляции на пелен пых полем величин (например, атомного дипольного момент») колебаниями ни версии Хорошее изложение физических аспектов проблемы оптической нутацвл содержатся, ganpu-мер. Б Обзоре Ораерского [15*J —Прим ред
4
Двухуровневые атомы в сіационарних полях
75
куль одной группы первоначально находятся в резонансе н насыщаются лазерным излучением а затем выводятся из реэо нанса штарковским полем Молекулы другой группы, которые первоначачьно далеки от резонанса и потому не возбуждаются, оказываются в резонансе после штарковского сдвига Для них де to обстоит так. как ргли бы включение штарковского поли происходило одновременно с включением лазерною излучения.
lyw-, ||\л-
J
I I г I I
с S
Фиг 3.5 Ззіудяющие колебании оптической нутации, которые иіблюдалнсь Бруэ и Щуш'Гжером (7) при включении н выключении штаркоьскиго поля
Эти молекулы начинают, следовательно, поглощать лазерное излучение, а их векторы Блоха начинают вращаться в соответствии с решением Раби (3 15), в котором U0 = v„ — 0 и W11 = = —1 поскольку в исходный момент они находились в основном состоянии Другими словами, векторы Бтоха начинают совершать нхтацию которая приводит к модуляции распространяющегося тазерного пучка, как показано на фиг 3 5 После Выкчюченпя штарковского поля лазерный пучок остается про-ы°Дулпрпвапиым — теперь уже вследствие нутации молекут пер-60H группы, для которых скачкообразно восстанавливается резонанс Конечно, модуляция, связанная с нутацией, затухает
76 Глава S
И обоих случаях, тнк как однородные времена жизни T1 и T^ ограничивают длительность нутации Это ясно видно из формулы (321) Заключенный в скобки осциллирующий член затухает со скоростью Ь h О
§ 7 ЗАТУХАНИЕ СВОБОДНОЙ ПОЛЯРИЗАЦИИ
Интересна эволюция молекул первой группы после включения штарковского поля Первоначально они были возбуждены полем непрерывного лазера С помощью (3 22в) найдем инвер сию после длительного воздействия лазера Если Ti = TJ и ВДра™ — —"I то инверсия такова
Ш(,>г* в—, д2 + (Яг ,„ (зз.)
А!+ (**„) +(1/?" '
Она может существенно отщчаться от —I принимая значения, практически равные нулю (фиг 6 3) Если д = 0 и стационарное лазерное noie #0 сильное, то у,Ж0 достаточно велико по сравнению с XjT',
Если эти моїекуш отведены штарковскнм полем достаточно далеко от резонанса то они начинают свободно нзлучаті внутри полоси частот с центром при <r> -f- бго где *> — лазерная частота, a бго*— штарковскнй сдвиг Ширина лотосы излучения будет той же что и первоначально созданная лазером ширина области возбуждения которая горачцо меньше 1/П и [(K&cf + О/У'гП''*-Если, как в экспериментах Бруэ—Шумейкера линия поглощения обладает в основном доилеровскнм ушнрением п у.&0 1//"? так что возможна нутация, то возбужденная ширина полосы приблизительно равна tiSa Следовательно, дтителыюсть сигнала испускаемого ранее возбужденными молекулами, не будет превышать 1/ис?и, так как по истечении этого времени молекулярные диполи внутри полосы Y.&0 будут полностью расфазнро-ваны и излучение практически прекратится Такое затухание свободного изчучення. обусловленное расфазировкоп диполей, как уже отмечалось в гл I, называют затуханием свободной поляризации
