Квантовая теория кинетики сверхизлучения протяженных систем

• Автор: Енаки, Николай Александрович
• Шифр специальности: 01.04.03
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 1985
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 114 c. : ил

Глава I СВЕРХИЗЛУЧЕНИЕ г- КОЛЛЕКТИВНЫЙ СПОНТАННЫЙ РАСПАД

§ I Явление сверхизлучения

§ 2 Современная теория сверхизлучения

§ 3 Эксперимент и теория сверхизлучения

Глава II РОЛЬ КВАНТОВЫХ ФЛЮКТУАЦИЙ И ЗАПАЗДЫВАНИЕ В ПРОЦЕССЕ

СВЕРХИЗЛУЧЕНИЯ'

§ I Система уравнений сверхизлучения с учетом квантовых флюктуаций

§ 2 Решение системы уравнений с учетом квантовых флюктуаций

§ 3 Роль запаздывания в процессе сверхизлучения

Глава III ПРОСТРАНСТВЕННО-ВРЕМЕННОЕ РАЗВИТИЕ СВЕРХИЗЛУЧЕНИЯ...51 § I Процесс сверхизлучения с учетом пространственных эфектов

распространения

§ 2 Решение системы (3.18)
§ 3 Пространственно-временное развитие сверхизлучения с учетом
квантовых флюктуаций
Глава IV КОЛЛЕКТИВНЫЕ ДВУХФОТОННЫЕ ПРОЦЕССЫ В МНОГОУРОВНЕВЫХ
СИСТЕМАХ
§ I Сверхизлучение с учетом стоксовой и антистоксовой компо:— '
нент
§ 2 Сверхизлучение в трехуровневой системе с общим вррхним
уровнем
§3 Особенности кинетики коллективного распада систем трехуровневых атомов
§ 4 Коллективное замедление сверхизлучательного распада
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
ЛИТЕРАТУРА

ВВВДЕНИЕ
В настоящее время значительный интерес в теоретической квантовой электронике обращен на развитие теории коллективного спонтанного распада или сверхизлучения (СИХ В прикладном аспекте это проявляется в стремлениии к все более детальному описаний особенностей эксперимента, а в общетеоретическом плане это проявляется в обобщении предлагаемых моделей как для СИ, так и для всех остальных процессов когерентного взаимодействия излучения с веществом.
СИ возникает в результате фазировки отдельных атомов молекул , находящихся первоначально в некоррелированном состоянии с нулевым макроскопическим дипольним моментом системы. Для строгого исследования начальной стадии СИ часто подробно расматри-валось взаимодействие системы с нулевыми флуктуациями электромагнитного поля вакуума. Дальнейшая эволюция двухуровневой системы во многих теоретических работах рассматривалась полукласеи-чески, т.е., как усиление фотонной лавины скоррелированными диполями. Б конечном счете это привело к ряду трудностей и расхождений при сопоставлении теоретических результатов с экспериментальными.
В диссертации проводится теоретическое рассмотрение процесса коллективного распада в двухуровневых и трехуровневых системах. В частности, исследуется; а) влияние квантовых флуктуаций в системе на полуширину и форму импульса СИ, б) роль запаздывания поля взаимодействия в процессе формирования пространственно-временного упорядочения дипольных моментов протяженных систем, в} взаимное влияние двух импульсов СИ через двухфотонные процессы в трехуровневых и многоуровневых системах.

В первой главе обосновывается актуальность тематики и дается краткое описание теоретических подходов и экспериментов по СИ. Обсуждаются основные приближенния при построении теории СИ. Кратко излагается экспериментальные условия и особенности- возникновения СИ в разных веществах. Исходя из сравнения теории с экспериментом предложены новые идеи., учет которых может привести к улучшению согласия теорией с экспериментом [43]
Во второй главе показано, что полуклассический способ расцепления цепочек квантовых уравнений, описывающих поведение СИ, дает наибольшую прогрешность в окрестности максимума интенсивности излучения, когда разность населенностей системы стремится к нулю. С учетом симметрийных свойств операторов Паули предлагается новый способ расцепления квантовых уравнений, полученных методом исключения бозонных операторов электромагнитного поля. Новый способ расцепления учитывает квантовые флуктуации оператора разности населенностей в процессе излучения. Полученная система уравнений - сводится к нелинейному уравнению второго порядка в приближении среднего поля. Ее решение описывает более широкий и асимметричный импульс излучения по сравнению с предлагаемыми ранее моделями, а также улучшает согласие теории с экспериментом, В этой же главе, методом разложения двухчастичных корреляторов по запаздыванию, учитена пространственная неоднородность системы атомов в процессе излучения.
В третьей главе предлагается новый квантово-механический подход для исследования пространственно-временного развития СИ. С учетом запаздывающих функций Грина, учтен пространственно-временной принцип причинности при взаимодействии излучателей между собой. Показано, что пространственная неод-

(2.45)
Т =1 ^ Іг . , _
0 Съ ; І і - х - X;
С учетом (2.8а) или (2.38) подучаем следующее выражение
1=1 и
% Л £=■ ЗГ* X2 /іс ?> э
которое связывает интенсивность излучения протяженной системы на торце образца и скорость распада атомной инверсии по образцу. На рис. (За) и (36) изображены зависимости скорости распада -и разности населенностей как функции времени, а на рис.1 - зависимость разности населенностей как функция координат в один и тот же момент времени і. . Как следует из численного решения (рис.За,б и 4), скорость распада достигает максимального значения сначала в центре образца. Со временем максимум смещается в сторону края образца.