Квантово-статистические характеристики света в некоторых нестационарных процессах

• Автор: Кузьмин, Евгений Алексеевич
• Шифр специальности: 01.04.02
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 1998
• Место защиты: Санкт-Петербург
• Количество страниц: 112 с. : ил.

ОГЛАВЛЕНИЕ

ВВЕДЕНИЕ
ГЛАВА I КВАНТОВАЯ СТАТИСТИКА НЕЛИНЕЙНЫХ ОПТИЧЕСКИХ
ЯВЛЕНИЙ
1.1. Определение квантовых корреляционных функций светового поля
1.2. Нестационарные эффекты оптической когерентности
1.2.1. Сверхизлучение
1.2.2. Самоиндуцированная прозрачность
1.2.3. Фотонное эхо
ГЛАВА II. ОСОБЕННОСТИ СТАТИСТИКИ ФОТОНОВ В МОДЕЛИ
СВЕРХИЗЛУЧЕНИЯ ДИКЕ
2.1. Квантово-статистические свойства коллективного спонтанного излучения
2.1.1. Описание модели
2.1.2. Связь с общей теорией фотодетектирования
2.1.3. Анализ статистики фотонов
2.2. Статистические свойства сверхизлучения при радиационном взаимодействии системы двухуровневых атомов с «горячим» термостатом
2.2.1. Исходные соотношения
2.2.2. Анализ статистики фотонов

ГЛАВА III. ПРЕОБРАЗОВАНИЕ "СЖАТИЯ" ПРИ КОГЕРЕНТНОМ ВЗАИМОДЕЙСТВИИ ДВУХ ВОЛН С СИСТЕМОЙ ДВУХУРОВНЕВЫХ АТОМОВ В РЕЗОНАТОРЕ
3.1. Коэффициент усиления и шум линейного усилителя
3.2. Модель нелинейного квантового преобразователя
ГЛАВА IV. ВНЕШНЯЯ МОДУЛЯЦИЯ В ОПТИЧЕСКОЙ СИСТЕМЕ С
ОТРИЦАТЕЛЬНОЙ ОБРАТНОЙ СВЯЗЬЮ
4.1 Описание модели. Аналитическое рассмотрение
4.2 Численное моделирование
4.2.1. Параметры моделируемой системы
4.2.3 Алгоритм расчета статистических характеристик люминесценции при наличии отрицательной обратной связи и внешней модуляции
4.3 Обсуждение результатов
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
ПРИЛОЖЕНИЕ
ПРИЛОЖЕНИЕ II
ПРИЛОЖЕНИЕ III
БИБЛИОГРАФИЯ

ВВЕДЕНИЕ
Актуальность исследования. Изучение квантовых статистических свойств излучения является важным разделом современной физики, находящим применение в спектроскопии, теории и практике квантовых генераторов, оптической связи и определения расстояний, теории обработки изображений, распространения излучения в сплошных и нелинейных средах.
Важность исследования квантово-статистических характеристик световых полей особо подчеркивается качественным различием между естественными и искусственными источниками света, такими, как лазеры. Естественные источники работают в условиях, близких к равновесию. Поэтому, согласно центральной предельной теореме, примененной для случая макроскопического поля, порожденного большим количеством независимых элементарных излучателей, фотоны от естественного источника при выделении одной моды подчиняются статистике Бозе-Эйнштейна. В противоположность этому лазер - нелинейный оптический прибор, работающий в существенно неравновесных условиях. Корреляция атомов рабочей среды лазера приводит к нетривиальной статистике фотонов, которую невозможно описать в рамках классического подхода.
Такие явления как антигруппировка фотонов во времени и в пространстве, сжатые состояния электромагнитного поля, субпуассоновская статистика фотонов (см. монографии [1-3] обзоры [4-10], специальные выпуски [14-15], статьи, отражающие современное состояние квантовой оптики [16-54]) могут быть корректно описаны только в рамках квантовой электродинамики.

в теории спонтанного излучения или рассеяния в неограниченное пространство, мы должны использовать приближение кинетического уравнения -Г / со « 1 (Г - характерная спектральная ширина): на каждом этапе вычислений состояние поля считается вакуумным (во всем, что касается его влияния на динамику атомов). Поэтому далее мы сохраняем в обозначениях только квантовые числа состояний атомной системы. Продолжая (15), находим
(п)= У{111т)Ргп(г'Кт\1)

(2.17)

С учетом равенства
I/ I '-1 12 (N Л(N
ут-у{т-1Щ т) -У т+1 (2.1В)
42 у
следующего из (2) и (10), окончательно получим
(+дг
(я>= рЛ‘'Ь-(2Л9>

Вполне аналогичные, но несколько более громоздкие преобразования формулы (12) позволяют выразить через вероятности Рт{) второй факториальный момент распределения числа фотоотсчетов:
г+Д I !2
{п(п-1)) = 2 )у
I ? т 1<т т
Сходные по структуре выражения для квантовых корреляционных функций поля и факториальных моментов распределения фотоотсчетов получаются в задачах о нелинейной резонансной флуоресценции [4,65].