к библиотеке   к оглавлению   FAQ по эфирной физике   ТОЭЭ   ТЭЦ   ТПОИ   ТИ  

РЕАЛЬНАЯ ФИЗИКА

Глоссарий по физике

А   Б   В   Г   Д   Е   Ж   З   И   К   Л   М   Н   О   П   Р   С   Т   У   Ф   Х   Ц   Ч   Ш   Э   Ю   Я  

Многофотонное поглощение

Многофотонное поглощение - процесс взаимодействия эл--магн. излучения с веществом, при к-ром в одном элементарном акте поглощается несколько (m) фотонов; в среде при этом совершается многофо-тоиный (m-фотонный) квантовый переход из нач. состояния |1> с энергией 3032-153.jpg в состояние |2> с энергией 3032-154.jpg (рис. 1). Проявляется M. п. в ослаблении падающих потоков излучения и в соответствующем возбуждении облучаемого вещества. Процесс, обратный M. п.,- многофотонное индуциров. испускание под действием того же излучения, сопровождающееся квантовым переходом в атоме вещества из возбуждённого состояния |2) в нижнее |1>.

Состояние |2> может относиться как к дискретному, так и к непрерывному спектру. Если |2> принадлежит ионнзац. континууму атома или молекулы, то результатом M. п. является многофотонная ионизация; если же |2) относится к непрерывному спектру колебат. состояний молекулы, то следствием M. п. является инфракрасная многофотонная диссоциация.


3033-1.jpg


Рис. 1. Примеры процессов многофотонного поглощения: a - двухфотонное поглощение; б - вырожденное по частоте трёхфо-тонное поглощение; в - трёхфотонное поглощение при наличии промежуточного двухфотонного резонанса.


Для описания процессов M. п. используют квантово-механическую возмущений теорию. Если падающее излучение содержит монохроматич. компоненты на частотах3033-2.jpgс интенсивностями3033-3.jpg соответственно, то для вероятности m-фотонпого перехода из состояния |1) в состояние |2> теория возмущений даёт:


3033-4.jpg


Здесь- разность собств. частоты


3033-5.jpg и3033-6.jpg суммы частот поглощаемых фотонов; функция3033-7.jpgотражает резонансный характер M. п. Для переходов между дискретными уровнями часто применима аппроксимация: 3033-8.jpg

где3033-9.jpg- однородная полуширина перехода. T. и. составной матричный элемент 3033-10.jpgв теории многофотонных процессов аналогичен матричным элементам переходов для однофотонного поглощения и испускания. Наиб, простой вид3033-11.jpgпринимает для низшего из процессов M. п.- двухфотонного поглощения (т = 2); в электродииольном приближении


3033-12.jpg


где3033-13.jpg- матричные элементы оператора дипольного момента, 3033-14.jpg- орт-вектор поляризации полей на частотах3033-15.jpgСуммирование в (2) производится по всем промежуточным состояниям п.

Ф-лы типа (1) и (2) для двухфотонного поглощения были получены M. Гёпперт-Майер (M. Goeppert-Mayer) ещё в 1931, однако экспериментально этот эффект был обнаружен только после создания лазеров, т. к. интенсивности обычных источников излучения недостаточны для его регистрации.


Из (1), (2) следуют осн. особенности M. п. 1) Правила отбора для M. п. определяются составным матричным элементом3033-16.jpgи отличаются от таковых для однофотонного поглощения. Так, в дипольном приближении двух-фотонные переходы разрешены между состояниями одинаковой чётности, тогда как однофотонные - между состояниями разной чётности (см. Отбора правила).

Для атомов с одним валентным электроном правила отбора по орбитальному (L)и магнитному (M)квантовым числам имеют вид:


3033-17.jpg


где3033-18.jpgдля линейной3033-19.jpg правой3033-20.jpg и левой (-) круговой 3033-21.jpgполяризации излучения. Благодаря иным правилам отбора спектры M. п. содержат новую информацию о веществе, отсутствующую в спектрах однофотонного поглощения (рис. 2).

Рис. 2. Спектры однофотонного (кривая 1) и двухфотонного (2) поглощений в ZnO. Согласно правилам отбора, в однофотонном спектре возникают только s-экситонные линии, в двухфотонном - только р-экситонные линии.


3033-22.jpg


2) Мощность, поглощаемая на частоте3033-23.jpg единицей объёма, равна3033-24.jpg(N1,2 - плотность числа частицв ниж. и верх, состояниях) и является нелинейной функцией интенсивности падающего излучения. В частности, если имеет место m-фотонное поглощение из одного монохроматич. пучка с интенсивностью I и изменением населённостей Ni можно пренебречь, то3033-25.jpg


3) M. п. существенно зависит от поляризации излучения. Эта зависимость полностью определяется составным матричным элементом3033-26.jpg и имеет место даже в изотропных средах и в средах с кубич. симметрией (индуциров. анизотропия).


4) Скорость M. п. резко возрастает, если хотя бы одна из частот излучения приближается к резонансу с переходом в промежуточное состояние или осуществляется промежуточный многофотонный резонанс.


5) В газовых средах, когда существ, вклад в уширение линий даёт Доплера эффект ,M. п. зависит от взаимной ориентации волновых векторов3033-27.jpg падающего излучения. Атом (или молекула), движущийся со скоростью v, воспринимает частоту падающей световой волны, изменённую за счёт линейного эффекта Доплера на величину -3033-28.jpg Суммарный доплеровский сдвиг для всех волн, участвующих в M. п., равен -3033-29.jpgт. е. пропорционален длине суммарного волнового вектора падающих волн3033-30.jpgОчевидно, что соответствующим подбором направлений распространения световых потоков можно существенно уменьшить влияние эффекта Доплера либо полностью его исключить, если


3033-31.jpg

Для двухфотонного поглощения это достигается в случае встречных световых потоков с одинаковой частотой и используется в нелинейной спектроскопии сверхвысокого разрешения атомов и молекул.

Эффекты распространения монохроматич. эл--магн. волн в условиях M. п. удобно описывать с помощью тензора нелинейной восприимчивости3033-32.jpg3033-33.jpg (ранг тензора - 2т; см. Нелинейная оптика ).Мнимая часть этого тензора 3033-34.jpg ответственна на затухание волн в условиях m-фотонного поглощения; соответственно 3033-35.jpg характеризует нелинейное изменение показателей преломления под действием падающих полей.

Распространение излучения в условиях M. п. описывается системой нелинейных уравнений для амплитуд (или интенсивностей) отд. потоков. Если на входе в среду интенсивность одного из потоков3033-36.jpg мала по сравнению с интенсивностью остальных, то затухание его на расстоянии z даётся ф-лой:

3033-37.jpg

т. е. имеет вид, аналогичный закону Бугера для однофо-тонного поглощения. Здесь 3033-38.jpg- коэф., пропорциональный3033-39.jpg на частоте 3033-40.jpg При вырожденном по частоте двухфотонном поглощении из одного монохроматич. пучка3033-41.jpg затухание носит гипербо-лич. характер:

3033-42.jpg

(п - показатель преломления).

Как видно из приведённых ф-л, M. п. увеличивается с ростом интенсивности падающего излучения. Этим объясняется т. н. эффект затемнения: вещества, прозрачные для слабых потоков излучения данной частоты, при увеличении интенсивности могут оказаться сильно поглощающими за счёт возрастания M. п. Дальнейшее увеличение интенсивности может вызвать просветление вещества, связанное с насыщением многофотонного перехода (см. Насыщения эффект, Просветления аффект).

Наиб, низкие интенсивности требуются для наблюдения двухфотонного поглощения (т = 2). Напр., для межзонных переходов в полупроводниках и диэлектриках 3033-43.jpgсм/Вт, т. е. заметное ослабление пучка за счёт двухфотонного поглощения достигается при интенсивностях 3033-44.jpgВт/см2. Однако, если регистрировать M. п. косвенными методами, напр, по измерению интенсивности люминесценции, возбуждаемой многофотонным поглощением, то в ряде случаев достаточными оказываются интенсивности падающего излучения3033-45.jpg

Для регистрации M. п. используются также фотоионизация атомов и молекул с уже возбуждённого уровня, эффект многофотонной фотопроводимости и ряд др. методов.

В поле коротких импульсов, длительность к-рых меньше времени релаксации квантового перехода между уровнями |1) и |2), при M. п. возможно проявление нестационарных когерентных эффектов, таких, как затухание свободной поляризации, оптическая нутация, самоиндуцированная прозрачность.

Процессы M. п. очень важны в квантовой электронике, нелинейной оптике, фотохимии и т. д. Они используются для оптич. накачки лазерных сред, измерения длительности коротких световых импульсов, управления параметрами лазерного излучения, селективного воздействия на атомы и молекулы при лазерном разделении изотопов. На основе M. п. разработан целый ряд методов нелинейной спектроскопии, к-рые широко применяют для исследования квантовых переходов в атомах и молекулах, энергетич. спектра возбуждений в полупроводниках и т. д.

Литература по многофотонному поглощению

  1. Goppert-Mayer M., Uber EIementarakte fur mehrpolige Influcnz-und Kondensatormaschinen, "Ann. Phys.", 1931, Bd 9, S. 273;
  2. Kaiser W., Gаrrett C., Two-photon excitation in CaF2; Eu2+, "Phys. Rev. Lett.", 1961, v. 7, p. 229;
  3. Dinges R. и др., Two-photon magnetoabsorption in ZnO + , "Phys. Rev. Lett.", 1970, v. 25, p. 922;
  4. Бредихин В. И., Галанин M. Д., Генкин В. H., Двухфотонное поглощение и спектроскопия, "УФН", 1973, т. НО, с. 3;
  5. Лаудон Р., Квантовая теория света, пер. с англ., M., 1976;
  6. Лаундeн Р. Что такое фотон? Rodney Loudon - What is a photon, 2003.
  7. Нелинейная спектроскопия, под ред. H. Бломбергена, пер. с англ., M., 1979;
  8. Летохов В. С., Нелинейные селективные фотопроцессы в атомах и молекулах, M., 1983;
  9. Шен И. Р., Принципы нелинейной оптики, пер. с англ., M., 1989.

K. H. Драбович

к библиотеке   к оглавлению   FAQ по эфирной физике   ТОЭЭ   ТЭЦ   ТПОИ   ТИ  

(время поиска примерно 20 секунд)


Знаете ли Вы, почему "черные дыры" - фикция?
Согласно релятивистской мифологии, "чёрная дыра - это область в пространстве-времени, гравитационное притяжение которой настолько велико, что покинуть её не могут даже объекты, движущиеся со скоростью света (в том числе и кванты самого света). Граница этой области называется горизонтом событий, а её характерный размер - гравитационным радиусом. В простейшем случае сферически симметричной чёрной дыры он равен радиусу Шварцшильда".
На самом деле миф о черных дырах есть порождение мифа о фотоне - пушечном ядре. Этот миф родился еще в античные времена. Математическое развитие он получил в трудах Исаака Ньютона в виде корпускулярной теории света. Корпускуле света приписывалась масса. Из этого следовало, что при высоких ускорениях свободного падения возможен поворот траектории луча света вспять, по параболе, как это происходит с пушечным ядром в гравитационном поле Земли.
Отсюда родились сказки о "радиусе Шварцшильда", "черных дырах Хокинга" и прочих безудержных фантазиях пропагандистов релятивизма.
Впрочем, эти сказки несколько древнее. В 1795 году математик Пьер Симон Лаплас писал:
"Если бы диаметр светящейся звезды с той же плотностью, что и Земля, в 250 раз превосходил бы диаметр Солнца, то вследствие притяжения звезды ни один из испущенных ею лучей не смог бы дойти до нас; следовательно, не исключено, что самые большие из светящихся тел по этой причине являются невидимыми." [цитата по Брагинский В.Б., Полнарёв А. Г. Удивительная гравитация. - М., Наука, 1985]
Однако, как выяснилось в 20-м веке, фотон не обладает массой и не может взаимодействовать с гравитационным полем как весомое вещество. Фотон - это квантованная электромагнитная волна, то есть даже не объект, а процесс. А процессы не могут иметь веса, так как они не являются вещественными объектами. Это всего-лишь движение некоторой среды. (сравните с аналогами: движение воды, движение воздуха, колебания почвы). Подробнее читайте в FAQ по эфирной физике.

НОВОСТИ ФОРУМА

Форум Рыцари теории эфира


Рыцари теории эфира
 27.11.2020 - 21:31: ЭКОЛОГИЯ - Ecology -> ПРОБЛЕМЫ МЕДИЦИНЫ - Карим_Хайдаров.
27.11.2020 - 21:31: ЭКОЛОГИЯ - Ecology -> Биологическая безопасность населения - Карим_Хайдаров.
27.11.2020 - 21:31: ВОСПИТАНИЕ, ПРОСВЕЩЕНИЕ, ОБРАЗОВАНИЕ - Upbringing, Inlightening, Education -> Просвещение от Аманды Вольмер - Карим_Хайдаров.
27.11.2020 - 21:02: СОВЕСТЬ - Conscience -> РАСЧЕЛОВЕЧИВАНИЕ ЧЕЛОВЕКА. КОМУ ЭТО НАДО? - Карим_Хайдаров.
27.11.2020 - 20:57: ВОСПИТАНИЕ, ПРОСВЕЩЕНИЕ, ОБРАЗОВАНИЕ - Upbringing, Inlightening, Education -> Просвещение от Амары Ельской - Карим_Хайдаров.
27.11.2020 - 20:57: ВОЙНА, ПОЛИТИКА И НАУКА - War, Politics and Science -> ПРАВОСУДИЯ.НЕТ - Карим_Хайдаров.
27.11.2020 - 19:03: ВОСПИТАНИЕ, ПРОСВЕЩЕНИЕ, ОБРАЗОВАНИЕ - Upbringing, Inlightening, Education -> Просвещение от Пламена Паскова - Карим_Хайдаров.
27.11.2020 - 18:29: ВОСПИТАНИЕ, ПРОСВЕЩЕНИЕ, ОБРАЗОВАНИЕ - Upbringing, Inlightening, Education -> Просвещение от Александра Флоридского - Карим_Хайдаров.
27.11.2020 - 15:56: ВОСПИТАНИЕ, ПРОСВЕЩЕНИЕ, ОБРАЗОВАНИЕ - Upbringing, Inlightening, Education -> Просвещение от Владимира Васильевича Квачкова - Карим_Хайдаров.
26.11.2020 - 15:34: ВОЙНА, ПОЛИТИКА И НАУКА - War, Politics and Science -> Проблема государственного терроризма - Карим_Хайдаров.
25.11.2020 - 07:52: ЭКОНОМИКА И ФИНАНСЫ - Economy and Finances -> ПРОБЛЕМА КРИМИНАЛИЗАЦИИ ЭКОНОМИКИ - Карим_Хайдаров.
25.11.2020 - 07:51: ВОСПИТАНИЕ, ПРОСВЕЩЕНИЕ, ОБРАЗОВАНИЕ - Upbringing, Inlightening, Education -> Просвещение от проф. В.Ю. Катасонова - Карим_Хайдаров.

Боровское исследовательское учреждение - Bourabai Research Bourabai Research Institution