Оптический резонанс и двухуровневые атомы - Аллен Л.
Скачать (прямая ссылка):
№ ч !«нов леркого пораїка но У/с через интервал г между двумя внешними ції г J псемм.
210
Гласо 9
я-импульса пренебрежимо мала, то для атомов, движущихся влево и вправо фазы будут восстановлены в моменты соответствен по /? = ?" и /? = 2/V.
Атомы, движущиеся налево, восстанавливают фазы после того, Kah они пройдут путь VnU, который, как ясно из фиг 9 7, равен Dn = 2VaT(I — V.^lc), где T — интервал между л/2 и л-импульсами Атомы, движущиеся вправо, восстанавливают фазы. Пройдя путь Dn = ^V11T(I ~\-VJc). Расстояние между точками, в которых две рассматриваемых группы атомов восстанавливают фазы, таково
D = 2(V„ + V]1)T, (9.23)
если не учитывать вклады, пропорциональные V2 Оказывается, что данное расстояние точно совпадает с расстоянием, которое проходит свет на протяжении соответствующего временного интервала Иначе говоря, справедливо соотношение
D = c(/;_tf). (Q-24)
Другими словами импульс эха от атомов, движущихся налево, происходит EO времени раньше и догоняет атомы, движущиеся направо, как раз в тот момент, когда их векторы Блоха восстановили фазы и излучают свой импульс эха Очевидно, далее импульсы эха распространяются совместно
Простая аргументация, изложенная выше является достаточно общей Действительно, поскольку выводы не зависят от фактических значений Vn и Vn, они применимы к атомам с любыми возможными скоростями Более того, если атом движется под углом к вектору іь, то его скорость можно разложить на составляющие вдоль пэ и перпендикулярно ему, причем перпендикулярная составляющая, которую мы не учитывали в обсуждении, приведенном выше, несущественна, так как она не приводит к какому-либо дополнительному времени пролета и не порождает фазовых сдвигов Конечно, импульсы эха от различных групп скоростей перекрываются и распространяются совместно только вдоль оси образца, т е вдоль направлення їх/2- и п импульсов Допустимые отклонения друг от друга направлений п/2- и л-импульсов ясны из рассмотрения, проведенного в предыдущем параграфе Краткое обсуждение вкчачов в зхо в газах слагаемых порядка V2Ic1 и соударений содержится в работе |5j.
§ 7 экспериментальное наблюдение фотонного эха
Курни и др [3] в 1964 г наблюдали фотонное эхо в рубине, охлажденном до температуры жидкого гелия В то время наиболее короткие доступные импульсы обладали длительностью
Фотонное зхо
211
скою IO не Это задавало нижний предел дли временной шкалы эксперимента около 50 не В рубине ширина линии флуоресцен ими R1 возрастает от Ol см~' при 77 К до 12 см-' при комнат ной температуре ввиду индуцированных фононами переходов на уровни 1E(F) При температуре жидкого гелия эффективное вре мя релаксации порядка микросекунд. Линии Ri и R2 рубина смещаются с изменением температуры, поэтому посредством температурного управления лазерным излучением можно добиться перекрытия линии лазерной генерации с линией погло щения образца Однако использовать рубиновый лазер при ге лиевой температуре активной среды затруднительно, поэтому существенно, что сдвиг линии R1 в области ниже 77 К очень мал Благодаря этому при использовании Лазера, работающего при температуре жидкого азота, имело место значительное перекры тне /?(-линий образца и лазера, как это было обнаружено Мак Коллом H Ханом в первых опытах по самоиндутгярованной прозрачности, которые обсуждались в гл 5
В иерсых экспериментах использовались образцы с весовой концентрацией Cr3+ равной 0,005%, а рубиновый лазер работал в режиме модуляции добротности с ячейкой Керра При низких температурах трудно было получить гигантские импульсы ввиду тенденции к возникновению стабо выраженной лазерной гене рации вследствие фреиечевского отражения от любой поверхности внутри резонатора Однако путем использования связанных с ячейкой Керра скрещенных поляризационных призм высвечивание удавалось предотвратить
Два импульса, необходимых для возбуждения образца, полу чалпсь путем деления пучка при помощи расщепителя и оптической задержки одной из компонент прежде, чем она направлялась в образец В первых экспериментах угол между двумя пучками выбирался близким к 3° Апертурний ограничитель пропускал к фотоумножителю эхо, излученное под углом 6° по отношению к первому импульсу, как показано на фиг 9 6, это позволяет избежать насыщения, обусловленного первыми двумя импульсами
Фотонное эхо наблюдалось в условиях, которые в значительной мере согласуются с теорией, изложенной в предыдущих параграфах Нестандартной особенностью данной ранней работы было, однако, то, что для наблюдении эха нужно было использовать магнитное поле, приложенное вдоль оптической оси образна Эта закономерность, присущая рубину, обусловлена зависящим от времени магнитным нолем в месте расположения нона Cr8+, возникающим вследствие прецессии соседних .ідср алюминия Аналогичная ситуация наблюдалась в случае спинового эха в рубине и в работе [7], где отклонение магнитного поля от оптической оси уже на угол около 3° приводило к нечезнове
212
Глава 9
нию эха Этот эффект не связан с природой самого фотонного эха, и обсуждать его более подробно нет необходимости
