Фотоны и нелинейная оптика - Клышко Д.Н.
Скачать (прямая ссылка):
Заметим, чте параметрическое рассеяние легко наблюдается невооруженным глазом при мощности накачки порядка 0,1 Вт в виде кольцеобразной радуги. 10
ПРЕДИСЛОВИЕ t)
Можно ли измерить яркость флуктуаций электромагнитного вакуума и сделать источник света с известным числом вылетевших фотонов? Коррелируют ли стоксовы и антистоксовы компоненты при комбинационном рассеянии света? Возможно ли состояние поля с определенной энергией и неопределенным числом фотонов? На все эти вопросы ниже даются положительные ответы.
В настоящей книге делается попытка (по-видимому, первая) систематического описания перечисленных выше и некоторых близких к ним эффектов. Иначе книгу можно было бы назвать «Введение в квантовую нелинейную оптику». Надо сказать, что в известных монографиях по квантовой оптике [1—4] основное внимание уделяется статистике свободного поля без учета нелинейности вещества, приводящей к корреляции разночастот-ных компонент поля. При рассмотрении статистики лазерного излучения [4—6] учитывается только один из нелинейных эффектов — эффект насыщения, стабилизирующий амплитуду колебаний. Краткое описание параметрического рассеяния имеется лишь в книге Ахманова и Чиркина [7], посвященной в основном преобразованию статистики света за счет вынужденных нелинейных эффектов.
Основное внимание здесь уделяется феноменологическому описанию реально наблюдаемых оптических явлений и связям между независимо изменяемыми величинами, в частности, связям типа закона Кирхгофа. Установление таких связей позволяет при модельных вычислениях ограничиться вынужденными эффектами и полуклассическими теориями. В книге рассматриваются лишь простейшие качественные микромодели, поясняющие смысл и порядки величин феноменологических параметров. Более детальные расчеты различных оптических микро-и макропараметров можно найти в монографиях [8—17], вышедших за последние полтора десятилетия и посвященных взаимодействию света с веществом. В качестве общего вводного курса, охватывающего квантовую оптику и многофотонные процессы, можно рекомендовать книгу [18].
Автор стремился изложить материал на «промежуточном» (между учебным и монографическим) уровне и сделать его доступным студентам, только что изучившим основы квантовой механики, и физикам-экспериментаторам, успевшим их забыть. Большинство явлений описывается с помощью нескольких моделей, начиная с простейших. Книга начинается с вводной главы, в которой приводятся упрощенное качественное описание параметрического и поляритонного рассеяний, а также краткие историко-библиографические сведения. Далее, в главе 2 даются необходимые сведения из квантовой механики и статистики. В главе 3 описывается переход от классической к квантовой электродинамике. ПРЕДИСЛОВИЕ
И
Главы 4 и 5 посвящены соответственно одно- и двухфотонному тепловому излучению. Здесь установлены довольно общие соотношения между спонтанными и вынужденными эффектами, названные обобщенными законами Кирхгофа. Аналогичные соотношения используются и в следующих двух главах, посвященных процессам неупругого рассеяния. В главе 6 параметрическое и поляритонное рассеяние рассматриваются более подробно, чем в главе 1. Глава 7 содержит феноменологическое описание четырехфотонного (гиперпараметрического) рассеяния и связанного с ним когерентного комбинационного рассеяния. Наконец, в Приложении определяется спектральная функция Грина для поля в анизотропной поглощающей среде.
Настоящая книга основана на исследованиях, проводившихся автором на кафедре волновых поцессов физического факультета МГУ. Автору посчастливилось много лет работать под руководством выдающегося ученого и обаятельного человека — Рема Викторовича Хохлова, который вместе с С. А. Ахматовым создал школу нелинейной оптики в Московском университете. Р. В. Хохлов проявлял большой интерес к «фотонным» эффектам нелинейной оптики и первые планы этой книги получили его одобрение.
Автор хотел бы выразить признательность Н. И. Назаровой, Г. В. Венкину, В. С. Днепровскому, Д. П. Криндачу, А. Н. Ленину, Б. Ф. Полковникову, В. В. Фадееву и другим сотрудникам кафедры волновых процессов за помощь и поддержку. Автор благодарен также П. В. Елютину, Я. Б. Зельдовичу, Ю. А. Ильинскому и P. JI. Стратоновичу, просмотревшим рукопись книги и сделавшим ценные замечания. Наконец, автор хотел бы переложить часть вины за появление на свет еще одной книги на В. Б. Брагинского, по инициативе которого она была написана. ^
Д. H. Клышко¦ НЕКОТОРЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ
А — сечение образца или луча .jt — коэффициент поглощения е — вектор поляризации электрического поля E — напряженность электрического поля W — энергия
F — плотность потока фотонов Sr — коэффициент преобразования G — функция Грина SP — коэффициент усиления или передачи
H — напряженность магнитного поля
&С — гамильтониан / — плотность тока I — длина образца L — длина нормировочного объема M — число молекул N — число фотонов в одной моде JT — равновесное число фотонов в моде
P — поляризация, вероятность — мощность S — яркость или интенсивность
