Самоіндукована прозорість

Самоіндукована прозорість (СІП; Шаблон:Lang-en) — явище проходження когерентного (лазерного) імпульсу випромінювання через резонансне середовище без поглинання.

Історія відкриття

СІП передбачили 1965 року С.Шаблон:SpacesМак-Колл та Е.Шаблон:SpacesХан і вперше спостерігали вони ж через два роки під час досліджень проходження ультракоротких імпульсів (УКІ) в рубіновому стрижні за Шаблон:Num. Коли потужність імпульсу перевищувала критичне значення, втрати енергії при поширенні зменшувалися в Шаблон:Val.

СІП у напівпровідниках передбачено у ФІАН СРСР у роботах Шаблон:Нп, І. А. Полуектова та В. С. Ройтберга.

Механізм явища

Виникає, коли через резонансне середовище проходить імпульс когерентного (лазерного) електромагнітного випромінювання, тривалість якого набагато менша від часів релаксації ${\tau }_p\ll T_1,T_2$, де $T_1$ — час життя збудженого стану атома середовища (час поздовжньої релаксації), $T_2$ — час релаксації поляризації (час поперечної релаксації, або час дефазування), який характеризує швидкість загасання дипольного моменту системи. Як правило, $T_2\ll T_1$. Якщо напруженість поля випромінювання досить велика, ансамбль резонансних атомів переходить у когерентний збуджений стан під впливом першої половини імпульсу (на фронті імпульсу), і когерентно релаксує в основний стан під впливом другої половини імпульсу (на спаді імпульсу). Отже, випромінювання не поглинається.

Математичний опис явища самоіндукованої прозорості ґрунтується на розв'язанні самоузгодженої системи рівнянь Максвелла — Блоха: хвильове рівняння Максвелла відповідає за поширення імпульсу світла в резонансному дворівневому середовищі, динаміку якого визначають оптичні рівняння. Використовуючи наближення обертової хвилі та амплітуд, що повільно змінюються, Мак-Колл і Хан отримали аналітичний вираз для стаціонарного імпульсу (солітону), що поширюється в резонансному середовищі без втрат енергії:

$E(z,t)=\frac{2\hslash }{\mu {\tau }_p}\mathrm{sech}\frac{\tau }{{\tau }_p}$, (1)

де $\mu$ — дипольний момент переходу, $\tau =t-z/v$ — час у рухомій системі координат, ${\tau }_p$ — тривалість імпульсу, $\mathrm{sech}$ — функція гіперболічного секанса, $\hslash$ — стала Планка.

Важливою характеристикою взаємодії імпульсу з середовищем є його «площа», яка за визначенням дорівнює

$\theta (z)=\frac{\mu }{\hslash }\underset{-\mathrm{\infty }}{\overset{\mathrm{\infty }}{\int }}E(z,t)dt$ . (2)

Якщо площа дорівнює $\theta =2\pi n$, це означає, що імпульс повертає після збудження резонансні атоми точно в нижній (основний) стан, так що вся енергія, запасена в середовищі, повертається назад у поле випромінювання. Легко бачити, що стаціонарний імпульс типуШаблон:Spaces(1) має площу $\theta =2\pi$ тому такі імпульси часто називають $2\pi$-імпульсами.

Література

• Шаблон:Стаття
• Шаблон:Стаття
• Шаблон:Стаття
• Шаблон:Стаття
• Шаблон:Стаття
• Шаблон:Книга
• Шаблон:Стаття
• Шаблон:Стаття