Фотонное эхо при произвольной форме возбуждающих импульсов как метод получения спектроскопической информации

• Автор: Решетов, Владимир Александрович
• Шифр специальности: 01.04.02
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 1984
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 108 c. : ил

Глава I. ЗАВИСИМОСТЬ ПОЛЯРИЗАЦИОННЫХ СВОЙСТВ ФОТОННОГО ЭХА ОТ СТРУКТУРЫ РЕЗОНАНСНОГО ПЕРЕХОДА
1.1. Поляризационные свойства фотонного эха, сформированного эллиптически поляризованными возбуждающими импульсами малой площади
1.2. Формирование фотонного эха на резонансных переходах между уровнями со сверхтонкой структурой
Глава II. ВЛИЯНИЕ ПРОЦЕССОВ НЕОБРАТИМОЙ РЕЛАКСАЦИИ НА ПОЛЯРИЗАЦИОННЫЕ СВОЙСТВА ФОТОННОГО ЭХА И СТИМУЛИРОВАННОГО ФОТОННОГО ЭХА В ГАЗАХ 42_
2.1. Поляризационные свойства фотонного эха с учетом упругих деполяризующих столкновений при произвольной площади возбуждающих импульсов
2.2. Возможность определения времен релаксации населенности, ориентации и выстраивания резонансных уровней методом стимулированного фотонного эха
2.3. Вращение вектора поляризации стимулированного фотонного эха в продольном магнитном поле на переходе 1/2 -* 1/2, обусловленное радиационным приходом на нижний резонансный уровень за
счет спонтанного излучения на верхнем
Глава III. ФОТОННОЕ ЭХО В ТРЕХУРОВНЕВЫХ СИСТЕМАХ ПРИ ПРОИЗВОЛЬНОЙ ФОРМЕ ВОЗБУЖДАЮЩИХ ИМПУЛЬСОВ
3.1. Модифицированное стимулированное фотонное эхо
3.2. Трехуровневое фотонное эхо
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
ЛИТЕРАТУРА

Явление фотонного эха представляет собой нелинейный отклик среды на ее облучение двумя световыми импульсами /I/. Это явление было впервые обнаружено экспериментально в 1964 году в твердом теле при облучении кристалла рубина импульсами излучения рубинового лазера /2/. Несколько позднее, в 1968 году, фотонное эхо наблюдалось в газовой среде /3/. Следует отметить, что уже в этом первом эксперименте в газе, фотонное эхо использовалось в спектроскопических целях - для определения однородной ширины неоднородно-уширенной спектральной линии. В настоящее время метод фотонного эха уже широко применяется при экспериментальных исследованиях газовых сред (см., например, /4-45/).
Метод фотонного эха обладает целым рядом достоинств, которые делают его привлекательным для целей спектроскопии. Во-первых, высокая разрешающая способность метода непосредственно во временной области дает возможность проводить исследования быстропротекаю-щих релаксационных процессов. Во-вторых,метод фотонного эха свободен от влияния доплеровского уширения, что позволяет выполнять прецизионные измерения внутри неоднородно-уширенного контура резонансной спектральной линии. В-третьих, в методе фотонного эха исследуемые релаксационные процессы не подвержены возмущающему действию интенсивного лазерного излучения. Наконец, в-четвертых, интенсивность фотонного эха пропорциональна квадрату числа резонансных атомов (молекул), что дает этому методу преимущество перед некогерентными методами спектроскопии, особенно в области низких давлений.
Перечисленные достоинства метода фотонного эха позволили подучить с его помощью большой обьем спектроскопической информации, не доступной подчас другим методам нелинейной лазерной спектроско-

пии. Так,методом фотонного эха проводилась идентификация типа (I -*■ I или 1 ^ 1 ) резонансного перехода /3-11/; определялись однородные ширины неоднородно-уширенных резонансных спектральных линий / 3,5-8, 10-21/; измерялись релаксационные характеристики /22, 23/, величины сверхтонкого расщепления /29,30/ и -факторы /31/ резонансных уровней; находились однородные ширины оптически запрещенных переходов /24-28/. Постоянно совершенствующаяся техника экспериментов дает возможность исследовать с помощью фотонного эха все более тонкие релаксационные механизмы. Например, в экспериментах /32-38/ определялись сечения столкновений с изменением скорости и средние изменения скорости резонансных молекул (атомов) в процессе столкновений, а в работах /39-41, 45/ экспериментально исследовалась зависимость релаксационных характеристик оптически-разрешенного перехода от модуля скорости резонансных молекул (атомов).
Отметим, что помимо спектроскопических целей явление фотонного эха может быть использовано для записи, хранения и обработки оптической информации. Это применение эха основано на эффекте корреляции формы сигналов фотонного эха и стимулированного фотонного эха с формой одного из возбуждающих импульсов. Эффект корреляции, впервые обнаруженный Самарцевым с сотрудниками в рубине /46/, наблюдался недавно и в газах /45, 47/. Применение этого эффекта, по-видимому, весьма перспективно в оптических запоминающих устройствах /48/.
Для использования фотонного эха в спектроскопии нужны теоретические соотношения, позволяющие извлекать из экспериментов необходимую информацию. Получению таких соотношений и посвящена настоящая диссертация. Кроме того, в диссертации исследован эффект корреляции формы сигналов разновидностей фотонного эха в трехуровневых системах с формой возбуждающих импульсов и найдены сущест-

В этом последнем случае (2.1.25) вектор поляризации эха совпадает с вектором поляризации первого возбуждающего импульса. На переходах 7д?Х+1 поляризационная зависимость Уэ (Ч*) , определяемая формулами (2.1.21) и (2.1.22), имеет вид
= ~ ^ ЦУ • (2.1.26)
Вернемся теперь снова к обсуждению общих формул (2.1.1) -(2.1.10). В пределе малых площадей возбуждающих импульсов «1 и 1 поляризационные свойства эха не зависят от 0* и 9г
и имеют вид
цу>3 = [ (7-0(1+2)ЦУ]/(5Т2+ЗТ-1) (2.1.27)
для переходов Т-*Т ,
Ц<Р3 =-[21^г)^^]/(>11г + У1+з) (2Л_28)
для переходов Т С 7+1 . Эти формулы были впервые найдены в работах /49,50/.
Подчеркнем здесь, что поскольку площади возбуждающих импульсов в1 и 6г входят в выражение для напряженности электрического поля фотонного эха (2.1.1) - (2.1.10) под знаком тригонометрических функций синуса и косинуса, то формулы (2.1.27) и (2.1.28), описывающие поляризационные свойства эха в пределе малых площадей возбуждающих импульсов, оказываются применимыми вплоть до значений &1 и дг порядка единицы. Это подтверждается численным анализом зависимости поляризационных свойств фотонного эха от площадей возбуждающих импульсов. В заключение настоящего параграфа отметим, что зависимость поляризационных свойств фотонного эха от площади 9± первого возбуждающего импульса исследовалась в ра-