Поляритонный эффект

Электроны во внешних оболочках атомов, молекул, кристаллических структур или электроны в плазме могут осуществлять неупругое рассеяние электромагнитного излучения на молекулярных колебаниях, на оптических и акустических колебаниях кристаллов или на других возбужденных состояниях твердых тел и плазменных систем. Если коэффициент усиления принимает достаточно большие значения, то всегда присутствующие оптические потери могут быть скомпенсированы, и тогда становится возможным переход от спонтанного к вынужденному рассеянию при этом свойства рассеянного излучения качественно изменяются (ср. ч. I, разд. 4.21). Вынужденное комбинационное рассеяние может быть обнаружено на большом числе частиц, квазичастиц и возбужденных состояний и влечет за собой большое многообразие явлений [3.1-10,3.1-11]. В дальнейших рассуждениях данного раздела будет рассмотрен эффект комбинационного рассеяния на колебаниях молекул, комбинационное рассеяние на длинноволновых оптических фотонах н на фонон-поляритонах, а также комбинационное рассеяние, связанное с процессами переворачивания спинов электронов в полупроводниках. [c.350]

В вышеназванных процессах специфика поверхностных эффектов касается в первую очередь электромагнитного поля, которое складывается из падающих и отраженных волн, а среда не приобретает никаких особых поверхностных свойств. Но в последние годы в большей степени были исследованы такие взаимодействия с излучением, которые основаны на специфических поверхностных свойствах среды. В окрестности граничной поверхности в среде существуют квазичастицы, свойства которых отличаются от свойств квазичастиц внутри среды. Примерами могут служить поверхностные фононы и экситоны, обусловливающие процессы, с помощью которых они могут быть изучены [4.-16]. Взаимодействие электромагнитных волн с определенными поверхностными квазичастицами влечет за собой (по аналогии с объемными эффектами) образование поверхностных поляритонов. В жидкостях было исследовано взаимодействие с вынужденными поверхностными волнами [4.-3]. [c.485]

Следует заметить, что эффект трехфотонного ПР является заметным в буквальном смысле слова — при мощности падающего синего света 0,1 Вт зелено-желто-красное свечение кристалла нио-бата лития легко видно невооруженным глазом. Зеленому свечению в данном случае соответствуют холостые частоты 0)21 лежащие в инфракрасном (ИК) диапазоне. По мере приближения сог к собственным частотам кристаллической решетки ПР непрерывно переходит в обычное КР на колебаниях ионов решетки кристалла. Промежуточный случай получил название рассеяние света на поляритонах . [c.16]

Так, при (U2 сйц, где соц, — частота молекулярных колебаний, ГПР непрерывно переходит в ГКР. Этот эффект, который иногда называют также трехфотонным рамановским рассеянием, объясняется распадом двух фотонов накачки на стоксов фотон с частотой U1 = 2о)з — соц, и фонон с частотой сод. Если колебания ядер в молекуле сопровождаются изменением дипольного момента, то должно наблюдаться ГКР на поляритоне, пропорциональное мнимой части (ср. (1.2.1)) величины [c.35]

Однако имеются экспериментальные методы заглянуть в макроскопическую систему, практически не возмущая ее. Например, один из эффектов нелинейной оптики — комбинационное рассеяние света на поляритонах — дает возможность измерить равновесные моменты поля и закон дисперсии поляритонов в области малых к ( 6.6). Ири рассеянии нейтронов или рентгеновских волн измеряется дисперсия со поляритонов или других элементарных возбуждений конденсированного вещества во всей зоне Бриллюэна. [c.117]

Закон Кирхгофа для ПР и РП. Формула (25) выражает интенсивность рассеянного света через показатель усиления пробной волны. Существует более общая связь между спонтанными и вынужденными эффектами, которую можно найти с помощью кинетического уравнения. В приближении заданной накачки ПР при поглощении на холостой частоте (т. е. рассеяние на поляритонах, РП) описывается следующим эффективным гамильтонианом (ср. [c.221]

Взаимодействие и пространственная корреляция в электроннодырочной паре ведут к образованию экситона (гл. УП). Таким образом, в этом параграфе мы будем рассматривать экситонные эффекты в спектре поглощения твердого тела. При этом мы не будем учитывать возможность образования поляритонов, рассмотренных в 65. Другими словами, мы будем считать, что экситоны из-за своей связи с колебаниями решетки или примесями распадаются так быстро, что именно образование экситонов связано с истинным механизмом поглощения. [c.276]

Верхнюю ветвь (экситон) поляритонного спектра можно измерять посредством двухфотонной спектроскопии раман-эффекта ( 70). Два пучка фотонов (в твердом теле поляритонов нижней [c.313]

Из простого рассмотрения системы (7.10.30) очевидно, что существует возможность взаимодействия между продольными акустической и верхней оптической ветвями. Однако этот эффект выходит за рамки применимости феноменологической теории. Из той же подстановки очевидно, что продольная акустическая ветвь и (нижняя) поперечная поляритонная ветвь действительно пересекаются в точке резонанса [c.501]

Как будет видно в дальнейшем, на параметры отраженного света влияют тончайшие (вплоть до моно-молекулярных) поверхностные слои и их особенности. Поэтому при исследовании отражения удается выяснить особенности структуры поверхности чистого вещества, расположение и ориентацию частиц в 1—2 приповерхностных слоях, роль поверхностных уровней и состояний, поверхностных экситонов и плазмонов, поляритонов, ход скин-эффекта и т. д., а также подробности и кинетику процессов адсорбции, окисления и т. п. [c.21]

Отражение света с учетом влияния эффектов пространственной дисперсии у поверхности, иных, нежели в объеме, и поверхностных экситон-фотонных мод — поляритонов— проанализировано в работе [100]. Показано, что существенно влияют не более чем 1—2 первые слоя решетки. Однако удобных для экспериментальной проверки результатов не дано по оценке авторов эффект должен быть очень малым, если обменные и экситонные эффекты отсутствуют. В полном внутреннем отражении наблюдались некоторые эффекты поверхностных поляритонов [100 а] (см. также ссылку [10] в гл. 3). [c.222]

Следующим видом успешно испытанного интегрального уст-,ройства является двухканальный волноводный модулятор, в котором эффект модуляции достигается управляемой полем разностью показателей преломления в двух близкорасположенных волноводах. Например, в двухканальном модуляторе из арсенида галлия-алюминия при размере волноводов 3X3 мкм и зазоре между ними 3 мкм для 100%-ной глубины модуляции достаточно приложения поля в 10 В. Для модулятора из ниобата лития с 2-микрометро-выми волноводами, полученными диффузией титана, требуемая величина управляющего поля равна 6 В. В f22] приведены указания о новом типе электрооптических модуляторов и дефлекторов света, основанном на использовании поляритонных эффектов расчеты для пленок оксида цинка дают величину отклонения 30 мрад при управляющем напряжении 1 В. [c.221]

Вопрос о поляритонах в связи с рассмотрением фононов, по-видимому, впервые обсуждался Хуан Кунем (см. [18], гл. 7, а также указанную там литературу). Примерно в то же время ( 950 г.) Хуан Кунь (частное сообщение автору, май 1973 г.) рассмотрел экситонные поляритоны, однако не дал им специального названия. Популярность поляритонов связана, по-видимому, с появлением работ Фано [51] и Хапфилда [52]. (Поляритонный эффект для фононов был предсказан также Толпыго [184] в 1950 т.Прим. ред. [c.94]

Важным классом нелинейных оптич. эффектов явля-шся процессы вынужденного рассеяния (ВР), в к-рых моБДная световая волна индуцирует когерентные элементарные возбуждения в среде (оптич, и акустич, фононы, поляритоны, температурные волны и т. п.) и когерентно рассеивается на них. Каждому виду спонтанного рассеяния света соответствует вынужденный аналог (см. Вынужденное рассеяние света, Комбинационное рассеяние света). [c.303]

Эффект П. р. применяется также в новом методе спектроскопии кристаллов, позволяющем сравнительно просто из.мерять в широком спектральном диапазоне линейные и нолипейные параметры пьезокристаллов, их стехиометрия, состав, обнаруживать слабые колебания решётки, доменную структуру, фазовые переходы. Обычно удобно использовать метод скрещенной дисперсии , при к-ро. 1 регистрируется непосредственно частотно-угл. спектр П. р. и поляритонного рассеяния (о(в). В этом методе свет от источника накачки 1 (рис. 4) проходит через рассеивающий исследуемый криста,лл 2 и гю[]адает в объектив 3, в фокусе к-рого расположена вертикальная щель 4 спектрометра 5. Вдоль щели образуется утл. спектр /(й), к-рый при [c.544]

При таком подходе макроскопич. поля и движение отд. частиц среды выпадают из рассмотрения. Так, в отсутствие дисперсии, согласно Ома закону j = a Ei, плотность тока в проводнике при учёте только свободных зарядов полностью определяется тензором его проводимости и средним электрич. полем Е,. В соответствии с этим иногда делают дополнит, приближения. Скажем, в электростатике поле внутри проводника считается равным нулю, а свободные заряды—сосредоточенными только на его поверхности, хотя в действительности они отличны от нуля, по крайней мере в тонком поверхностном слое. Аналогично в магнитостатике сверхпроводников 1 -го рода вследствие Мейснера эффекта предполагается невозможным существование объёмных внутренних плотностей тока и маги, поля, хотя они заведомо имеются в поверхностном слое конечной толщины (см. также Скии-эффект, Леонтовича граничное условие). Подобные дополнит, приближения не обязательны, поскольку ур-ния (23) позволяют учесть сколь угодно резкие изменения полей в пространстве и во Времени, если в них не проведено усреднение по физически бесконечно малым объёму и интервалу времени. Последняя операция, часто используемая со времён Лоренца (1902), ведёт к более грубому пренебрежению флуктуаци-я fи, чем статистич. усреднение, и может ограничивать возможности анализа пространственной и частотной дисперсии сред, напр, динамики поверхностных поляритонов. Что касается возможного отличия действующего на заряды поля от среднего Е (т. н. поправки Лоренца, равной, напр.. Eg - Е=4пР 1Ъ в кубич. кристалле или в газе нейтральных молекул), то в обоих способах усреднения оно предполагается принятым во внимание при микроскопич. выводе материальных соотношений благодаря учёту корреляций взаимного расположения частиц и их взаимной непроницаемости. [c.529]

Наша методика описания взаимодействия возбужденных состояний среды (фононов и поляритонов) с внешним электромагнитным полем снова заключается в том, что на первом этапе используется классическое рассмотрение. Мы примем, что среда является активней как к инфракрасному поглощению, так и к комбинационному рассеянию. Это возможно для кристаллов с точечными группами без инверсионной симметрии, например для Ь1ЫЬ0з. Чтобы сделать описание существенных нелинейных эффектов наиболее наглядным, можно применить однокомпонентное представление. [c.379]

Последовате/1ьный учет эффекта затухания и групповой скорости поляритонов проведен в работах Стрижевского и его сотрудников [21—26] на основе как феноменологической, так и микроскопической теории. В этих работах показано, что при изолированном фононном колебании с частотой (0f — Г/2 положение максимума интенсивности рассеяния отвечает дисперсионной кривой поляритонов, которые возникали бы в процессе рассеяния без учета затухания. Влияние затухания проявляется в уширении максимума. Интегральное по частоте сечение рассеяния фотонов в единичный телесный угол вблизи направления, заданного углом рассеяния б, не зависит от затухания и приближенно может быть представлено в виде произведения двух сомножителей [c.83]

Вследствие большого показателя преломления при частотах, близких к резонансу, вторичное излучение испытывает многократное отражение, прежде чем покинуть кристалл. Из-за эффектов реабсорбции и комбинационного рассеяния на фононах (весьма вероятного вблизи резонанса) спектральное распределение вторичного излучения может зависеть от размеров кристалла. При низких температурах рассеяние в основном сопровождается рождением фононов, следовательно, интенсивность излучения, соответствующего бесфононным переходам, уменьшается и увеличивается интенсивность стоксовых компонент. Эффекты комбинационного рассеяния фотонов люминесценции внутри кристалла с ростом температуры уменьшаются, так как при повышении температуры вследствие антистоксового комбинационного рассеяния возрастает роль обратных переходов поляритонов из состояний с энергией < о в состояния с энергией Е Ео вблизи дна экситонной зоны, характеризующиеся большой плотностью. [c.579]

Кроме явлений параметрического рассеяния и двухфотонного распада, наблюдавшихся уже в лазерную эпоху оптики, бифотоны должны излучаться также и при давно известном спонтанном комбинационном рассеянии света. Как будет показано в этой книге, антистоксовы фотоны при низких температурах рассеивающего вещества излучаются лишь в паре со стоксовыми. К этому эффекту непосредственно примыкает четырехфотонное или гиперпараметрическое рассеяние, оптичающееся от трехфотонного параметрического рассеяния участием в элементарном акте двух фотонов накачки. Мы рассмотрим также некоторые особенности эффекта рассеяния света на поляритонах, занимающего промежуточное положение между параметрическим рассеянием и комбинационным рассеянием на колебаниях ионов в решетке кристалла. Эти колебания сопровождаются колебаниями электромагнитного поля внутри кристалла. Поляритон — это квант макроскопического (усредненного) поля, т. е. фотон в среде, и поэтому рассеяние света на поляритонах, а также трех- и четырехфотонное параметрическое рассеяние, естественно называть рассеянием света на свете в веществе (последнее дополнение отличает его от рассеяния света на свете в вакууме — чрезвычайно слабом и еще не наблюдавшемся эффекте релятивистской квантовой электродинамики). [c.9]

Главы 4 и 5 посвящены соответственно одно- и двухфотонному тепловому излучению. Здесь установлены довольно общие соотношения между спонтанными и вынужденными эффектами, названные обобщенными законами Кирхгофа. Аналогичные соотношения используются и в следующих двух главах, посвященных процессам неупругого рассеяния. В главе б параметрическое и поляритонное рассеяние рассматриваются более подробно, чем в главе 1. Глава 7 содержит феноменологическое описание четырехфотонного (гиперпараметрического) рассеяния и связанного с ним когерентного комбинационного рассеяния. Наконец, в Приложении определяется спектральная функция Грина для поля в анизотропной поглощающей среде. [c.12]

В этой главе дается предварительное качественное и по возможности наглядное описание основных свойств параметрического (трех- и четырехфотонного) и поляритонного рассеяний света ( 1.1—1.3), а также приводится краткая история открытия этих и некоторых близких многофотонных эффектов ( 1.4). Более подробное феноменологическое рассмотрение процессов рассеяния содержится в главах 6 и 7. [c.14]

В большинстве случаев вещество — газы, жидкости, стекла, щентросимметричные кристаллы — не имеет выделенного поляр-лого направления, поэтому макроскопическая квадратичная поляризуемость равна нулю и трехфотонные эффекты, включая параметрическое (ПР) и поляритонное (РП) рассеяние, невозможны или имеют ничтожную величину (за счет магнитных взаимодействий). Однако в следующем порядке теории возмущения по амплитуде лакачкй появляются четырехфотонные эффекты, которые феноменологически описываются кубической поляризуемостью Эта величина связывает четыре полярных вектора и является тензором четвертого ранга, на существование которого симметрия среды не накладывает общих запретов. [c.33]

В заключение еше раз напомним пределы применимости выведенных соотношений. Формализм, приведенный здесь и в предыдущем парагра( )е, применим в граничном случае, когда длины волн колебаний решетки велики по сравнению с постоянной решетки. Так как мы полностью пренебрегли поверхностными эффектами, то мы должны помнить, что длины волн одновременно должны быть много меньше размеров кристалла (основной области). Оптические колебания могут возбуждаться светом. Для того чтобы уравнения были справедливы, длина волны света должна быть велика по сравнению с длиной волны колебаний решетки. Если величины обеих сравнимы, то поле фотонов и поле фононов должны рассматриваться совместно (Поляритоны, гл. IX). [c.156]

Из (79.2) видно, что при уменьшении угла рассеяния волновое число фонона уменьшается. При этом могут возникнуть поля-ритонные эффекты. Вместо фононной частоты соуо измеряется в этом случае поляритонная частота, которая с уменьшением д падает (см. рис. 69). Раман-эффект, таким образом, является средством измерения нижней ветви поляритонного спектра. [c.313]

Энциклопедия по машиностроению XXL

Оборудование, материаловедение, механика и ...