Фотоны и нелинейная оптика - Клышко Д.Н.
Скачать (прямая ссылка):
= «і + со2 + Q, к з = Ai1 + Jh + К> (2)
Соответствующий вынужденный процесс, при котором акустическая волна создается внешним источником, был рассмотрен в [109]. Заиезим, что если в (2) положить Q = 0, а под К понимать один из «екторов обратной решетки кристалла, то (2) будет описывать трехфотонное брегговское рассеяние рентгеновских волн или ПР с учшяюм вектора обратной решетки [26]. § 1.4]
МНОГОФОТОННЫЕ ЭФФЕКТЫ
41
Одновременно с рассеянием «дробных» фотонов с частотами Co1 и со2 = W3 ± (Q (Oi) вещество излучает свет с частотами 2w3 ± О, близкими к частоте второй гармоники накачки (гипер-релеевское или гиперкомбинационное рассеяние — ГКР). Это явление было предсказано независимо Берсоном [110], Келихом [111], Ли [112] в 1964 г. и Ахмановым и автором [ИЗ] в 1965 г. Оно было обнаружено Мейкером и др. [114] в 1965 г. Из последних работ по ГКР укажем [115—117, 186], в которых можно найти более подробную библиографию. Вынужденное ГКР наблюдали Днепровский с сотр. [118] и Кайзер с сотр. [119] (см. также [174]).
Гиперпараметрическое рассеяние. ГПР или четырехфотонное параметрическое рассеяние (его называют также рассеянием света на свете в веществе), которое удобно описывать с помощью кубической поляризуемости [41, 42, 89], впервые было зафиксировано Гринбергом и др. в кристалле сульфида кадмия в 1968 г. [120]. Дальнейшие эксперименты описаны в [121—125]. Антистоксовы квантовые шумы преобразователей частоты (т. е. каскадное ГПР в пьезокристаллах — см. § 7.1) изучались теоретически в работах [41, 129—133] и экспериментально в [126—128].
Как отмечалось в § 1.3, ГПР при изменении частоты наблюдаемого сигнала непрерывно переходит в ГКР или в когерентное комбинационное рассеяние (KKP), которое было обнаружено Терхьюном [134] в первых экспериментальных исследованиях вынужденного комбинационного рассеяния в виде направленного по образующим конуса антистоксова излучения. Углы преимущественного рассеяния антистоксовых компонент в случае малой расходимости накачки хорошо согласуются с условием четырехфо-тонного синхронизма (библиографию см. в [135]; в этой работе дается объяснение наблюдаемых иногда отклонений от обычных условий синхронизма, а также обсуждаются причины пеизотроп-ности высших компонент ККР). До сих пор KKP наблюдалось в вынужденном режиме при накачке мощными импульсными лазерами. В спонтанном режиме эффект KKP квадратичен по накачке и объясняется [136] квантовыми флуктуациями стоксова поля, а также тепловыми или квантовыми флуктуациями молекул (§ 7.2). В 1977 г. в работе [137] было теоретически показано, что спонтанное KKP в случае низкой температуры образца сопровождается излучением бифотонов (§ 7.3).
Спонтанному KKP соответствует вынужденный эффект резонансного преобразования частоты 2со3 — со2~^ Co1, со3 — Co1 — (0ц, нашедший важные спектроскопические приложения (метод активной спектроскопии или КАРС). Впервые его применили Мейкер и Терхьюн в 1965 г. [138] (см. обзор [139]).
В 1974 г. Харрис и Майлс [140] предложили использовать другой вариант резонансного преобразования частоты — при двух-фотонном резонансе накачки с электронным переходом 2©3 ± 42
РАССЕЯНИЕ СВЕТА НА СВЕТЕ B ВЕЩЕСТВЕ
[ГЛ. 1
ifc o)2--V «її 2<в3 ~ — для генерации ультрафиолетового (УФ) излучения (подробнее см. [15—17]). Ранее этот вынужденный эффект был обнаружен в радио диапазоне [30]. Соответствующий спонтанный процесс (рис. 5, л), который можно назвать двух-фотонной резонансной флуоресценцией, еще не наблюдался.
Наконец, при однофотонном резонансе накачки с электронным переходом (O3 — сод имеет место резонансная люминесценция, исследовавшаяся Вудом еще в 1905 г. В высших приближениях по интенсивности накачки следует учитывать эффекты насыщения, расщепления резонанса и ГКР на электронном переходе (O1 = = 2<в3 — (рис. 5, к) или, что то же самое, резонансное ГПР, рассмотренное Моллоу в 1969 г. [175] и Соколовским в 1970 г. [141]. Экспериментально эти эффекты впервые исследовали Шуда и др. [142]. Ссылки на дальнейшие работы и более подробное описание см. в [13, 15—17, 176]. Отметим, что соответствующий вынужденный эффект исследовался раньше в 60-х годах в радиодиапазоне [34—36]. Г JI А В А 2
НЕКОТОРЫЕ СВЕДЕНИЯ ИЗ КВАНТОВОЙ МЕХАНИКИ И СТАТИСТИЧЕСКОЙ ФИЗИКИ
В этой главе дается краткая сводка некоторых понятий и формальных правил вычислений квантовой механики и статистики, которые понадобятся в дальнейшем для описания процессов излучения и рассеяния света веществом. В § 2.1 дается рецепт перехода от классических уравнений движения к квантовым и обсуждается связь наблюдаемых и вычисляемых величин. В § 2.2 вводятся удобные обозначения Дирака и геометрическая интерпретация квантовой механики. В § 2.3 рассматриваются представление взаимодействия и теория возмущений. § 2.4 посвящен важной закономерности статистической физики, называемой флуктуационно-диссипативной теоремой (ФДТ). Наконец, в § 2.5 вводятся понятия релаксации и термостата и выводится простейшее кинетическое уравнение, отличающееся от динамических уравнений учетом взаимодействия с термостатом. Это взаимодействие приводит к затуханию и тепловым шумам, которые при T Ф О добавляются к квантовым шумам.
