Поглощение света многофотонное

Известно, что квантовая теория поглощения света исходит из того, что явление возникает тогда, когда энергия квантов света, падающего на вещество, имеет величину, равную разности уровней энергии данного вещества к = Еп — Е1, где Е и Еп — энергии нижнего невозбужденного и верхнего возбужденного уровней соответственно. Здесь в каждом акте взаимодействия света и вещества поглощается один фотон и поэтому процесс является однофотонным. При облучении вещества очень мощными световыми потоками от лазеров, дающих большую плотность излучения, может иметь место поглощение нескольких фотонов в одном элементарном акте таким образом, чтобы выполнить условие Л Ат= п — ь В этом случае происходит многофотонное поглощение (рис. 36.6, а). Величина энергии каждого фотона здесь в N раз меньше энергии фотона, который поглощается в однофотонном акте. Многофотонные процессы поглощения могут происходить не только при наличии фотонов одного сорта, но и в том случае, если имеются фотоны различных энергий (рис. 36.6, б). Например, может происходить двухфотонное поглощение, удовлетворяющее уравнению hvl+hv2=En—El. [c.311]

Отрицательную обратную связь можно реализовать, в частности, используя многофотонный внутренний фотоэффект -- двухфотонное поглощение света в полупроводнике. Внутрь резонатора лазера помещают пластинку полупроводника, у которого ширина запрещенной зоны удовлетворяет условию [c.231]

Возможны и процессы, при которых в каждом акте поглощения одновременно участвуют более двух (три и больше) квантов. Такие процессы называются многофотонным поглощением. (Трехфотонное поглощение в кристаллах нафталина было обнаружено еще в 1964 г.) Очевидно, что с увеличением числа фотонов, одновременно участвующих в одном акте поглощения, вероятность соответствующего процесса уменьшится. Поэтому для наблюдения процессов более высокого порядка (например, трехфотонного поглощения) поток энергии падающего света должен быть значительно большим, чем в двухфотонном. В очень сильных световых полях, образуемых при фокусировке излучения мощных лазеров, иногда происходит одновременное поглощение десяти фотонов и больше. В этом случае многофотонное поглощение приводит к отрыву электрона от атома, т. е. ионизации. Этим объясняется возникновение искры — пробоя прн фокусировке излучения мощного лазера в воздухе. Существенный вклад в деле обнаружения и теоретического анализа и применения двухфотонного и многофотонного процессов был сделан академиками Н. Г. Басовым, А. М. Прохоровым, Л. В. Келдышем и их школой. [c.403]

До сих пор мы рассматривали процессы поглощения и испускания света, происходящие под действием обычных источников излучения, т. е. процессы, в элементарном акте которых поглощается или испускается один фотон. Однако эти процессы не являются единственно возможными. Известны и многофотонные процессы, когда в одном элементарном акте одновременно поглощаются или испускаются два и более квантов света. Теоретические предпосылки физики многофотонных процессов были заложены еще в 30-х гг. XX в., в период создания квантовой электродинамики. [c.310]

Нелинейная оптика ее сущность и первые шаги 211 9.2. Фотонная структура процессов взаимодействия света с веществом 219 9.3. Явления, основанные на многофотонном поглощении 227 9.4. Преобразование частоты света [c.127]

М. п. составляют физ. основу широкого круга разнообразных эффектов, проявляющихся в изменении характеристик эл.-магн. излучения, а также свойств и состояния вещества. К ним относятся многофотонное поглощение и испускание, многофотонная ионизация атомов и молекул, многофотонный фотоэффект, широкий класс процессов рассеяния света и т. п. Каждый фотон, возникающий при М. п., может испускаться либо спонтанно, либо под действием внеш. излучения. В соответствии с этим М. п. делятся на спонтанные и вынужденные (индуцированные), такие, как спонтанное и вынужденное рассеяние света, спонтанное и вынужденное многофотонное излучение (см. также Комбинационное рассеяние света, Мандельштама — Бриллюэна рассеяние). [c.167]

При очень высокой интенсивности света возможна и ещё одна особенность П. с. — многофотонное поглощение, когда в одном акте одновременно поглощается несколько (г) фотонов меньших частот при условии н>1 -Ь Ша -(-. .. [c.661]

Руководствуясь данными табл. 7.20 и 7,21 при выборе материала для конкретных применений, необходимо иметь в виду их относительный характер, что требует в каждом случае дополнительного анализа, учитывающего, в частности, особенности режимов эксплуатации устройств. Кроме перечисленных пассивных нелинейных оптических явлений в веществе могут проходить и так называемые активные нелинейные оптические процессы. К ним относятся, например, процессы многофотонного поглощения, вынужденного рассеяния Мандельштама—Бриллюэна, вынужденного комбинационного рассеяния света и некоторые другие. Физической основой этих процессов является то обстоятельство, что вблизи резонансных частот взаимодействия восприимчивости приобретают комплексный характер. Детальное рассмотрение всей со- [c.239]

Оптические свойства вещества зависят только от его природы и геометрической формы. Коэффициенты пропускания, отражения и рассеяния не зависят от интенсивности падающего света. Оптические свойства вещества зависят также от интенсивности излучения. В веществе скорость света зависит от его интенсивности. Происходит отклонение от прямолинейного распространения, в том числе самофокусировка световых пучков. Закон Бугера не выполняется. Наблюдается многофотонное поглощение и генерация гармоник. [c.57]

К нелинейным эффектам поглощения примыкает и многофотонный фотоэффект. В экспериментах с фокусируемыми лазерными пучками достигаются столь высокие плотности световой энергии, что становятся доступными наблюдению процессы, в которых атом одновременно поглощает до 7—8 фотонов. В результате может произойти фотоионизация атома светом малой частоты, т. е. в интенсивных световых пучках исчезает красная граница фотоэффекта на отдельном атоме. Интересно, что Эйнштейн в работе 1905 г., содержащей вывод основного уравнения фотоэффекта, не исключал принципиальной возможности процессов с участием более чем одного фотона. [c.480]

Возбуждение высших оптических гармоник лазерного излучения — многофотонное рэлеевское рассеяние света атомом — реализуется в результате двух различных процессов в зависимости от интенсивности лазерного излучения. В области субатомной интенсивности возникает многофотонное поглощение электрона за счет связанно-связанных, связанно-свободных и свободно-свободных переходов с последующей релаксацией электрона в исходное основное состояние атома, впервые обнаруженное в работе [1.20]. При этом возникает релаксационное излучение с частотой Кш, где номер возбуждаемой гармоники К может достигать величины в несколько десятков единиц (эта граница не носит принципиального характера она определяется рядом практических причин). Отметим, что этот процесс является конкурирующим к процессу многофотонной ионизации атома. [c.23]

Многофотонная ионизация уже была упомянута во введении к настоящему разделу как частный случай многофотонного поглощения в соответствии с этим мы рассмотрим вероятность перехода при этом процессе, исходя из результатов п. 3.132. Обсудим (без существенного ограничения общности) случай, когда атомная система облучается светом только одной моды. Тогда вероятность перехода в единицу времени, например, для двухфотонных переходов между дискретными уровнями определяется формулой [c.326]

Хорошо описывая распространение света в матер, средах, волн. О. не смогла удовлетворительно объяснить процессы его испускания и поглощения. Исследование этих процессов фотоэффекта, фотохим. превращений молекул, спектров оптических и пр.) и общие термодинамич. соображения о вз-ствии эл.-магн. поля с в-вом привели к выводу, что элем, система атом, молекула) может испускать или поглощать энергию лишь дискр. порциями (квантами), пропорциональными частоте излучения V. Поэтому световому эл.-магн. полю необходимо сопоставить поток квантов света — фотонов. В простейшем случае энергия, теряемая или приобретаемая изолированной квант, системой в элем, акте вз-ствия с оптич. излучением, равна энергии фотона, а в более сложном — сумме или разности энергий неск. фотонов (см. Многофотонные процессы). Явления, в к-рых при вз-ствии света и в-ва проявляются квант, св-ва элем, систем, изучаются в квантовой оптике методами, развитыми в квантовой механике и квантовой электродинамике. [c.490]

Оптические квантовые генераторы оказали и, несомненно, будут оказывать в дальнейшем значительное влияние на развитие оптики. Изучение свойств самих лазеров существенно обогатили наши сведения о дифракционных и интерференционных явлениях (см. 228—230). Распространение мощного излучения, испущенного оптическим квантовым генератором, сопровождается так называемыми нелинейными явлениями. Некоторые из них — вынужденное рассеяние Мандельштама — Бриллюэна, вынужденное рассеяние крыла линии Рэлея и вынужденное температурное рассеяние — описаны в главе XXIX выше упоминались также многофотонное поглощение и многофотонная ионизация (см. 157), зависимость коэффициента поглощения от интенсивности света (см. 157), нелинейный или многофотонный фотоэффект (см. 179), многофотонное возбуждение и диссоциация молекул (см. 189), эффект Керра, обусловленный электрическим полем света (см. 152) сведения о других будут изложены в 224 и в гл. ХК1. Совокупность нелинейных явлений составляет содержание нелинейной оптики и нелинейной спектроскопии, которые сформировались в 60-е годы и продолжают быстро развиваться. [c.770]

Относящиеся к квантовой оптике вопросы (фотонные представления явления, в которых проявляются корпускулярные свойства излучения) освещаются в той или иной степенью полноты во всех современных учебных пособиях по физике. В вузовских курсах физики рассматриваются закономерности теплового излучения (от закона Кирхгофа до формулы Планка), сообщаются сведения о фотоэффекте, эффекте Комптона, фотохимическом действии света, дается объяснение испускания и поглощения света атомами на основе теории Бора. При более глубоком изучении физики студентов знакомят также с люминесцентными явлениями, эффектом Л1ёссбауэра, многофотонными процессами, дают им некоторые сведения о квазичастицах в твердых телах. При этом авторы одних учебников пользуются термином квантовая оптика , тогда как в других учебниках этот термин не применяется, а соответствующие вопросы собраны в главах, называемых Тепловое излучение , Световые кванты , Действие света и т. п. Дело в том, что в использовании термина квантовая оптика нет четкой договоренности. Согласно точке зрения, принятой в современной научной литературе, все отмечавшиеся выше вопросы — это еще не сама квантовая [c.4]

При высоких интенсивностях света (лазерное излучение), когда существенны процессы многоквантового поглощения света, зависимость скорости Г. н. з. от ир тенсивности становится нелинейной (см. Многофотонные процессы., Полупроводниковый лазер). [c.435]

Эффект О. н. наблюдался также и в случае многофотонных переходов — при двухфотошшм поглощении (см. Многофотонное поглощение) и вынужденном ком-бнвац. рассеянии света. [c.437]

Физ. Ф. ряда органич. веществ обусловлен поглощением света при переходе атомов или молекул из основного синглетного в возбуждённые синглетные или триплетные состояния. Изменение окраски в этом случае связано с изменением заселённости электронных уровней. Такой Ф. наблюдается при воздействии на вещество только мощных световых потоков. При высоких интенсивностях лазерного излучения проявляется т. н. многофотонный Ф., когда фотохромные превращения вещества происходят под действием света с частотой, гораздо меньшей частоты самого низкоэнергетич. электронного перехода. При этом сумма энергий квантов, участвующих в едином акте взаимодействия света с веществом, должна быть равна или больше разности уровней энергии, между к-рыми происходит электронный переход (см. Многофотонные процессы). Процесс двухфотонного Ф. наблюдался в жидких и твёрдых растворах спиропиранов и в поликристаллич. порошках замещённого салицилиденанилина. [c.363]

Нелинейные оптические эффекты при взаимодействии излучения с веществом связаны с тем, что под действием мощной электромагнитной волны в веществе создаются наведенные ангармонические осцилляторы, при этом возникают новые спектральные компоненты с кратными или комбинационными частотами [4.40]. Известны нелинейное (многофотонное) поглощение света, нелинейное отражение и ряд других явлений. Для нелинейно-оптических методов диагностики твердого тела типично высокое быстродействие характерные длительности импульсов при возбуждении нелинейного отклика лежат в фемто- и пикосекундном диапазонах. Из-за сложности и больших размеров установок для наблюдения нелинейных эффектов эта область оптики пока мало применяется для термометрии твердого тела. [c.106]

При больших интенсивностях света многофотонное вынужденное тормозное поглощение является основным механизмом его поглощения в плазме. В случае, когда колебательная скорость электрона в поле волны V =eEo/m o оказьюается больше средней тепловой скорости его поступательного движения Vt = (3 частота соударений электрона и рассеивающего центра в плазме (атома, иона, ядра) начинают зависеть от амплитуды волны о Это, в свою очередь, приводит к зависимости коэффициента поглощения плазмы а, обусловленного вынужденным тормозным эффектом, от интенсивности излучения /, т.е. сечение становится нелинейным. [c.308]

Если в качестве источника света пользоваться мощными лазерными источниками, то возникает многофотонное поглощение , а следовательно многофотонный фотоэффект. Под действием светового поля напряженностью 10 В/см удалось надежно регистрировать шести- и семифотонную ионизацию инертных газов. [c.345]

Многофотонное поглощение было теоретически предсказано М. Гепперт-Майер в 1931 г., но экспериментально было обнаружено лишь в 1962 г. (Кайзер и Гаррет) при облучении кристалла СаГо, активированного европием, светом рубинового лазера. В последующих исследованиях многофотонное поглощение подробно изучалось в парах металлов, растворах органических красителей, полупроводниках, органических и неорганических кристаллах и в газах. [c.571]

Многофотонное поглощение может проявляться весьма разнообразно. Если, например, вещество облучать светом, в составе которого есть спектральные компоненты с частотами и oJo, то может произойти поглощение двух фотонов и A oj при условии, что 0 1 -f U2 = um . Отметим также, что в результате поглощения многих фотонов оптический электрон может также оторваться от атома многофотонная ионизация, Г. С. Воронов, Н. Б. Делоне, 1965 г.). Так, например, наблюдалась ионизация атома гелия (потенциал ионизации 24,58 эВ) в результате поглощения 21 фотона излучения неодимового лазера (X = 1,06 мкм). В такого рода опытах применяется импульсное сфокусированное излучение мощных лазеров, освещенность достигает значений 10 — 10 Вт/см , а напряженность электрического поля составляет 10 — 10 В/см. [c.571]

Законы фотоэффекта, изложенные в данном и предыдущем параграфах, были установлены для сравнительно кебольщих интенсивностей света. Интерпретация фотоэффекта, основанная на квантовых представлениях, связывает освобождение электрона с передачей ему энергии одного фотона падающего света. Выше мы убедились в том, что в случае мощного света оптический электрон атомов и молекул может приобрести энергию нескольких фотонов (многофотонные поглощение и ионизация, см. 157). Аналогичное явление было обнаружено и по отношению к свободным электронам металлов (Фаркаш с сотр., 1967 г.). [c.646]

Напомним, что причину нелинейных явлений Вавилов усматривал в изменении числа молекул или атомов, способных погло-ш,ать свет, т. е. изменений, обусловленных переходом атомов и молекул в возбужденное состояние и конечной длительностью пребывания в этих состояниях. Помимо указанной, к нелинейным явлениям приводит и ряд других причин часть из них будет рас-с.мотрена ниже. В соответствии с этим и совокупность нелинейных явлений, обнаруженных при исследовании распространения лазерного излучения, оказалась еще более многообразной. Некоторые из них — вынужденное рассеяние Ман,дельштама — Бриллюэна, многофотонное поглощение и ионизация (см. 157), нелинейный фотоэффект ( 179) — описаны выше. В данной главе рассмотрены явления, сводящиеся, в общих чертах, к изменению направления распространения и спектрального состава излучения. [c.820]

Рассматриваемая задача становится еще более сложной, если существенно увеличить частоту или интенсивность света. До сих пор мы полагали (хотя это и не оговаривалось), что при поглощении одного фотона может появиться не более одного фотоэлектрона и что один электрон может поглотить не более одного фотона. Иными словами, мы рассматривали одноэлектронный и однофотонный внешний фотоэффект. Однако при достаточно большой частоте света возможно испускание телом двух (и более) электронов, приходящихся на один поглощенный фотон (многоэлектронный фотоэффект). Поглотив фотон большой энергии, электрон может передать часть энергии другим электронам и тем самым обеспечить их участие в фотоэмиссии в результате и наблюдается многоэлектронный фотоэ4)фект. При достаточно высокой интенсивности света возможно поглощение электроном сразу двух (и более) фотонов это есть многофотонный фотоэ1 х )ект. [c.169]

Возможны также процессы одновременного поглощения трех, четырех и более фотонов, сопровождающиеся излучением с утроенной, четырехкратной и более высокой частотой возбуждающего света. Этот процесс получил название многофотон-Рис. 46. Схема ного поглощения. В настоящее время это явление двухфотонного широко используется для получения генерации поглощения частоте выше частоты накачки, т. е. при двух- [c.74]

ФОТОЭФФЕКТ [внешний (закон третий число фотоэлектронов, вырываемых из катода за единицу времени, пропорционально нн генсивности света красная граница — минимальная частота света, при которой еще возможен фотоэффект и которая зависит от химической природы вещества и состояния его поверхности уравнение Эйнштейна определяет кинетическую энергию фотоэлектрона как разность энергии, приобретенной электроном от поглощения фотона, и работы выхода, совершаемой электроном для выхода из металла) внутренний <есть перераспределение электронов по энергетическим состояниям в твердых и жидких полупроводниках и диэлектриках, происходящее под действием света имеет красную границу, определяемую равенством энергии активации и энергии фотона) многофотонный происходит при очень больших интенсивностях света, достижимых с помощью лазеров] [c.294]

Итак, все квантовые переходы можно разделить на безызлучательные и излучательныс. К излучательным переходам относятся переходы как с поглощением квантов света, так и с испусканием. Исп скание света (фотонов) может быть спонтанным и вынужденным. Кроме того, квантовые переходы подразделяются на одно-, двух- и многофотонные. В зависимости от того, как изменяются электронная и ядерная плотности в молекуле при квантовых переходах, они называются электрическими дипольными, магнитными дипольными и электрическими квадрупольпыми переходами. [c.50]

Закон Эйнштейна для фотоэффекта и второй постулат Бора являются фундаментальными соотношениями, справедливость которых полностью подтверждена огромным экспериментальным материалом. Однако факт реализации многофотонных процессов (рис. 1.2) прямо противоречит этим законам — процесс многофотонной ионизации реализуется при поглощении в одном элементарном акте многих фотонов (рис. 12а) так же, как и различные процессы, связанные с многофотонным возбуждением атома (рис. 1.26, в, г). Из этого противоречия следует очевидное заключение классическая формулировка законов Эйнгитейна и Бора, приведенная выгие, справедлива лшиь при весьма малой интенсивности света. При большой интенсивности света в обоих случаях формулировки законов должны быть модифицированы — вместо слова фотон в единственном числе надо употреблять это слово во множественном числе фотоны . При этом физический смысл обоих законов остается неизменным, так как с точки зрения выполнения закона сохранения энергии важно, какую энергию поглотил атомный электрон, а не вопрос о том, какими порциями поглощена эта энергия. [c.14]

Собственный пробой обычно связывают с возник1Ювением до-пороговой лавинной или многофотонной ионизации де4>ектов или собственных состояний матрицы стекла под действием поля световой волпы [121, 1301, ведущей к росту поглощения за счет появления возбужденных носителей и центров окраски. Однако ряд экспериментальных результатов, полученных в последнее время при изучении собствешюго пробоя стекол, противоречит такому объяснению [124, 131]. Так, если облучение стекла производится светом с энергией кванта, большей полуширины запрещенной зоны стекла, то действительно наблюдается двухфотонная ионизация матрицы, рост поглощения и появление собственной люминесценции стекла. Сам же пробой происходит, наиболее вероятно, из-за самофокусировки, возникающей в области облучения при ее нагреве поглощающими электронно-дырочными нарами. Возможным механизмом пробоя при этом может быть и фотодеструкция стекла [124]. Если же облучение производится квантами света с энергией, меньшей полуширины запрещенной зоны, то вплоть до порога пробоя ионизацию матрицы стекла наблюдать не удается. [c.54]

При подходящих условиях, относящихся к заселению уровней, может возникать многофотонное поглощение между двумя зонами, из которых одна одновременно участвует в другом процессе поглощения. Примером может служить наблюдаемый в Те процесс однофотонного поглощения между зонами и Я5 (две валентные подзоны), происходящий одновременно с процессом трехфотонного поглощения между зонами Я5 и Не (зона проводимости) при облучении светом С О -лазера [3.13-14] измеренная функция нелинейной прозрачности для обоих процессов показана на фиг. 37. Ее интерпретация позволяет получить данные об эффективном сечении поглощения и об эффективных временах релаксации для между- и внутризоиных переходов. [c.334]

В этой главе мы остановимся на применениях различных методов когерентной нелинейной спектроскопии в диагностике вещества. Это генерация гармоник, спектроскопия вынужденного комбинационного усиления, активная спектроскопия комбинационного рассеяния света и ее модификации. Другие методы ла рной спектроскопии (прежде всего некогерентной), такие, как спектроскопия насыщения при однофотонном возбуждении, спектроскопия многофотонного поглощения, спектроскопия квантовых биений и т.д., подробно рассмотрены в монографиях Летохова и Чеботаева [1], Шена [2], Демтрёдера [3], сборнике [4] в нашей книге мы их практически не затрагиваем. [c.226]

На рис. 15 изображены два уровня энергии. Пере.ходы, соответствующие теории Бора, показаны стрелками 1 и 2. Если интенсивность света, падающего на кювету, очень велика (излучение оптического квантового генератора), то, кроме переходов легко наблюдать двухфотонные и. многофотонные процессы. В частности, система может поглощать радиацию частотой г, /.з (совокупность двух стрелок 3). При этом переход в состояние г будет вызван поглощением дпух световых квантов. Возможно поглощение двух квантов разных частот, если только V4+V5 = Vi (сумма стрелок 4 и 5). Количественная теория этих явлений содержится в новой, так называемой нелинейной оптике. [c.102]

Большой интерес представляет И. лазерным излучением. Его частота обычно недостаточна для того, чтобы поглощение одного фотона вызвало И. Однако чрезвычайно высокая плотность потока фотонов в лазернол пучке делает возможной И., обусловленную одновременныА поглощением неск. фотонов (многофотонная И.). Экспериментально в разреженных парах щелочных металлов наблюдалась И. с поглощением 7—9 фотонов. В более плотных газах И. лазерным излучением происходит комбиниров. образом. Сначала многофотонная И. освобождает неск. затравочных эл-нов. Они разгоняются полем световой волны, ударно возбуждают атомы, к-рые затем ионизуются светом (см. [c.230]

Энциклопедия по машиностроению XXL

Оборудование, материаловедение, механика и ...