Многофотонное (нелинейное) поглощение

МНОГОФОТОННОЕ (НЕЛИНЕЙНОЕ) ПОГЛОЩЕНИЕ [c.401]

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]

Реализация предельных возможностей нерезонансной нелинейной оптики прозрачной среды. Ключевой параметр здесь—оптическая прочность среды. Для наносекундных лазерных импульсов при (0/(0 1 (многофотонное поглощение несущественно) лавинный пробой прозрачных кристаллов и стекол происходит обычно при / р [c.294]

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]

Одним из типов резонансных взаимодействий излучения и среды являются нелинейные многофотонные процессы. Наибольшим сечением обладает эффект двухфотонного поглощения на колебательно-вращательных переходах молекул. Так, оценка вероятности двухфотонного поглощения излучения С02-лазера в полосе 010 водяного пара имеет вид [15] [c.20]

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]

Возникновение динамического штарковского сдвига атомных уровней приводит к ряду весьма существенных эффектов при нелинейной ионизации атомов. Увеличение потенциала ионизации может приводить к изменению степени нелинейности процесса (порогового числа поглощенных фотонов). Сдвиги атомных уровней нарушают возможность выделения прямого (в отсутствие промежуточных резонансов с реальными возбужденными состояниями, см. гл. V) и резонансного (см. гл. VI) процессов многофотонной ионизации путем подбора частоты излучения. Из-за гауссовой формы импульса лазерного излучения (гл. III) по мере нарастания интенсивности излучения на фронте импульса из-за сдвига уровней чередуются прямые и резонансные процессы ионизации (так называемые динамические резонансы, см. гл. VI). [c.20]

В заключение напомним, что, как очевидно из соотношений (3 Л 0-3.11) для многофотонного сечения, размерность последнего зависит от степени нелинейности процесса, т.е. от величины К поглощенных фотонов [c.114]

Следуя (10.14) и принимая во внимание, что в дипольном приближении матричные элементы многофотонных переходов ос, где К — степень нелинейности перехода (т.е. число фотонов, в результате поглощения которых происходит переход), получаем следующую зависимость вероятности перехода от напряженно сти поля F (или интенсивности I) излучения [c.266]

Последнее, что надо отметить, это взаимосвязь тех процессов, которые обсуждались выше и относились к взаимодействию на атомарном уровне, с нелинейной оптикой конденсированных сред. Как хорошо известно (см., например, [11.40]), такая основная обобщенная характеристика среды как нелинейная восприимчивость, непосредственно связана с многофотонным матричным элементом соответствующего порядка по числу поглощенных фотонов, т.е. с основной нелинейной характеристикой атома, образующего данную конденсированную среду. При этом характеристики нелинейной восприимчивости, например, ее зависимость от частоты излучения, определяются соответствующей зависимостью многофотонного матричного элемента, т.е. характером взаимодействия на атомарном уровне. [c.294]

Многофотонные процессы, например двухфотонное поглощение и вынужденное комбинационное рассеяние, также могут быть довольно просто исследованы с помощью изложенного метода, если только существенные свойства атомных систем описываются эффективной двухуровневой моделью. Вообще эта модель является хорошим приближением, если виртуальные промежуточные уровни достаточно удалены от резонанса (см. 3.1). Взаимодействие этой эффективной двухуровневой системы с электромагнитными волнами должно теперь описываться модифицированным оператором взаимодействия, содержащим нелинейные члены по напряженности электрического поля. Если происходят только двухфотонные процессы, то оператор взаимодействия эффективной двухуровневой системы имеет следующую структуру [c.262]

В гл. 1 и 2 были представлены общие методы описания электромагнитного поля излучения и его взаимодействия с веществом. В 3.1 мы применим эти методы к различным многофотонным процессам, таким, как многофотонное поглощение (разд. 3.13), генерация суммарных и разностных частот (разд. 3.14), параметрическое усиление (разд. 3.15) и вынужденное комбинационное рассеяние (разд. 3.16). На языке классического и полуклассического описания эти процессы называются нелинейными (ср. 2.3). Важными характеристиками этих процессов являются скорости переходов между состояниями атомных систем под влиянием излучения, скорости генерации фотонов, эффективные сечения, ширины линий и дисперсионные кривые. Все эти свойства могут быть непосредственно сопоставлены с экспериментальными данными. При этом возникает задача установления функциональной зависимости указанных величин от параметров взаимодействия, от констант атомной и электромагнитной систем и от заданных условий эксперимента. С другой стороны, должны быть сделаны количественные оценки порядков величин. На этой основе в дальнейшем можно будет провести анализ характерных для тех или иных процессов пространственно-временных явлений, таких, например, как усиление или поглощение электромагнитного излучения, инверсия населенностей атомных состояний и др. В 3.1 остаются вне рассмотрения особые проблемы, связанные с нестационарными процессами и взаимным влиянием свойств когерентности и нелинейных процессов. Они трактуются с единой точки зрения в 3.2 и 3.3. При этом в зависимости от поставленной задачи и от требуемой примени- [c.266]

Мы обсудим взаимосвязи различных нелинейных процесов — многофотонное поглощение, параметрическое усиление, процессы рассеяния, нелинейные процессы при пассивной синхронизации мод —с когерентными свойствами [3.3-5, 6, 3.2-2]. Конкретно в разд. 3.32 будут освещены следующие проблемы влияние когерентности на атомные вероятности переходов, пространственно-временное изменение когерентных свойств поля излучения при нелинейных процессах, когерентность в связи с нестационарным поведением и разграничение областей применимости классического и квантового описаний. Но прежде чем можно будет перейти к этим проблемам, необходимо рассмотреть такие свойства падающего излучения, которые определяют когерентность это сделано в разд. 3.31 (см. также [1.-6]). [c.453]

НОЙ идеально отражающими стенками (см. п. 1.121). Теперь следует рассмотреть обстоятельства в различных, пространственно разделенных парциальных объемах, которым следует приписать соответствующие локализованные операторы. В качестве носителей свойств когерентности особое значение имеют операторы плотности. Между операторами в различных парциальных объемах возникают определенные пространственно-временные отношения. Однако если пространственно-временные отношения между средними числами фотонов в парциальных объемах можно задать и вычислить сравнительно просто [ср. методику при выводе уравнения (3.16-65)], то нахождение решений для локализованных операторов связано с большими трудностями. Приближенная трактовка проблемы для излучения высокой интенсивности основывается на том, что математические ожидания чисел фотонов и квантовые корреляционные функции можно заменить классическими значениями интенсивности и соответственно классическими корреляционными функциями. В качестве результата таких рассуждений получается общее высказывание для многофотонного поглощения о том, что при прохождении излучения через многофотонный поглотитель снижаются флуктуации интенсивности и достигается ее стабилизация этот эффект тем более отчетливо выражен при прочих равных условиях, чем выше порядок нелинейного процесса. Такое положение находится в соответствии с разъяснением к уравнению (3.32-6). [c.467]

При распространении в молекулярных газах и атмосфере интенсивного лазерного излучения коэффициент поглощения к может зависеть от интенсивности в силу действия целого ряда нелинейных спектроскопических эффектов таких, как спектроскопический эффект насыщения, динамический эффект Штарка, изменение потенциала межмолекулярного взаимодействия в сильном электромагнитном поле резонансной и нерезонансной частоты, воздействие поля электромагнитного излучения на динамику столкновений, многофотонные процессы и т. д. [c.222]

Результаты, полученные современной нелинейной оптикой, несколько схематично можно разбить на две группы. К первой из них следует отнести новые данные о микроскопических характеристиках вещества, полученные при изучении нелинейных оптических эффектов. Только с появлением лазеров удалось измерить спектральные компоненты тензоров на оптических частотах знание последних, вообще говоря, дает информацию об электронных энергетических полосах, не содержащуюся в линейной восприимчивости. Новые возможности изучения энергетических уровней открывает многофотонное поглощение (при двухфотонных процессах в центросимметричных средах возможны, в частности, переходы между уровнями с одинаковой четностью) соответствующую область спектроскопии называют многофотонной спектроскопией. Вместе с тем заметим, что эффекты вынужденного рассеяния определяются теми же спектральными компонентами тензоров и т. д., что и соответствующее спонтанное рассеяние, детально изученное в параметрической оптике. Однако в вынужденном рассеянии совершенно иной характер носит развитие волнового процесса в пространстве (имеет место экспоненциальное нарастание компонент рассеянного излучения). Наблюдение широкого класса новых волновых взаимодействий представляет собой вторую группу результатов нелинейной оптики. Последние тесно связаны с практическими приложениями нелинейной оптики. Уже сейчас нелинейная оптика располагает и значительным количеством практических достижений. К числу важнейших из них следует отнести следующие [c.14]

При теоретическом рассмотрении все нелинейные оптические процессы естественным образам можно разделить на две группы. Характер протекания процессов первого типа существенно определяется фазовыми соотношениями между взаимодействующими электромагнитными полями, а следовательно, их описание невозможно в терминах населенностей, характеризуемых заданными числами фотонов. К процессам этого типа относятся оптическое умножение и смешение частот, параметрическое усиление и преобразование и т. п. Для процессов второго типа, связанных с реальным изменением состояния материальной системы, фазовые соотношения между электромагнитными полями не играют такой определяющей роли важными примерами последних являются стоксово комбинационное рассеяние и многофотонное поглощение. [c.17]

Др. тип С. с. связан с нелинейным изменением мнимой части показателя преломления, т. е. с нелинейным поглощением. Оно может иметь квантовую природу — ВТО двух-, трёх- и в общем случае многофотонное поглощение. В облачной среде оно связано с нагревом Е испарением аэрозолей, с фотолизом поглощающих молекул и т, д. При нелинейном поглощении меняется закон затухания амплитуды волн с пройденным расстоя-виеи (по сравнению с Бугера—Ла.ч6ерта Вера еаконом). Большой интерес представляют случаи индуцированного излучением просветления поглощающих сред (см. Самоиндуцированная прозрачность), [c.407]

В поле коротких световых импульсов, длительность к-рых меньше характерных времён релаксации среды (для газов 10 —10 с, для конденсиров. сред 10 —10 с), наблк -дается эффект просветления др. типа, наз. эффектом самоиндуцированной прозрачности. В этом случае короткий мопщый световой импульс проходит через среду, вообще не успев поглотиться (слабое же квазинепрерывное излучение той же частоты может поглотиться этой средой практически полностью). Результатом вз-ствия такого очень короткого светового импульса со средой оказывается резкое уменьшение групповой скорости распространения светового импульса и изменение его формы. Эффекты нелинейного поглощения связаны с тем, что при вз-ствии интенсивного излучения частоты (йо с ч-цами заметную вероятность имеют многофотонные процессы. [c.461]

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]

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]

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]

Количеств, характеристикой дп-фотонного процесса может служить вероятность соответствующего лг-фо-тонного перехода Для вынужденных М. п. в поло монохроматич. потоков излучения с частотами со,, й) ,. .., 01 вероятность можно представить в виде К т = ЛfnП n2...nJn, где П1,112,. .., n — плотности числа фотонов с соответствующими энергиями йо)2,. .., Йсот- Т. о., скорость вынужденных М. п. является нелинейной ф-цией интенсивности падающего поля. Константа Л зависит от вида энергетич. спектра поглощения вещества, типа М. п., частоты и поляризации падающего излучения. Если, напр., к.-л. из частот возбуждающего излучения или их комбинация оказывается близкой к частоте перехода из начального в промежуточное квантовое состояние, то величина а следовательно, и вероятность резонансным образом возрастают. При этом резко возрастает и скорость соответствующих ступенчатых процессов. Т. о., наличие промежуточных резонансов ведёт к одноврем. проявлению многофотонныл и ступенчатых процессов. Такая ситуация имеет место, напр., в случае резонансной флуоресценции, резонансного комбинац. рассеяния, резонансной многофотонной ионизации и т. д. [c.167]

Нелинейный отклик среды играет важную, а часто и решающую роль в механизмах лазерного возбуждения и релаксации сильнонеравновесных состояний в атомах, молекулах и конденсиров. средах. Первой яркой демонстрацией этого стало открытие и практич. использование селективного многофотонного возбуждения и многофотонной диссоциации моле1 ул в сильном лазерном ИК-поле. Оказалось, что молекула может быть сильно возбуждена и затем диссоциирована при резонансном поглощении десятков фотонов из лазерного ИК-импульса интенсивностью — 10 МВ т/см и плотностью энергии неск. Дж/см (см. Инфракрасная многофотонная диссоциация). Этот процесс сильно влияет на хим. реакции будучи селективной по частоте, многофотонная диссоциация в ИК-поле может быть использована для лазерного иготопов разделения. [c.304]

В связи с использованием лазеров развиваются исследования особенностей распространения лазерного луча в атмосфере. Из-за высокой монохроматичности лазерного излучения даже в окнах прозрачности атмосферы лазерный луч может сильно ослабляться. В тонкой структуре спектра поглощения атмосферы в этих окнах имеются относительно узкие, но сильные полосы поглощения. Количественные оценки П. э. а. для лазерного излучения требуют знания (с весьма высокой точностью) положения, интенсивности и формы лвний тонкой структуры спектров атм. газов. Большая мощность излучения лазеров ( 10 Вт/см ) может вызывать разл. рода нелинейные эффекты (многофотонные эффекты, приводящие к пробою в газах спектро-скопич. эффекты насыщения, вызывающие частичное просветление газов эффекты самофокусировки оптич. пучков, вызываемых зависимостью коэф. преломления среды от мощности потока излучения, и др.). При малой длительности оптич. импульсов ( 10 с) могут возникать явления, приводящие к отклонению ослабления излучения от закона Бугера. [c.137]

Все перечисленные механизмы могут вызывать П. з. и при многофотонном поглощении. Кроме того, в этом случае возможно просветление вследствие нелинейной интерференции разл. процессов возбуждения. Напр,, возбуждение перехода при трёхфотоином поглощения излучения с частотой со может быть подавлено действующим в противофазе процессом однофотонного возбуждения в поле излучения на частоте третьей гармоники Зсо. При этом выключается как трёхфотонное, так и однофотонное поглощение. Анбпюгичные эффекты возникают и при двухфотонном поглощении. П. э. такой природы наз. интерференционным (иногда — параметрическим) просветлением, [c.150]

В усиливающей среде не аинейные потери могут определяться различными механизмами. Это может быть двухфотонное и многофотонное поглощение, нелинейное рассеяние различных видов, выход излучения за пределы активной среды при значительном увеличении расходимости вследствие самофокусировки, линейной и нелинейной дифракции, нелинейных аберраций и т. д. [c.197]

Вместе с тем в проблеме дистанционного зондирования еще не использованы возможности активной спектроскопии комбинационного рассеяния и резонансной флюоресценции при многофотонном поглощении, эффектов самомодуляции спектра в динамически нелинейной среде, мощностного аналога метода многоволновой диагностики поглощающего аэрозоля в условиях его радиационного испарения и фрагментации и ряда других нелинейных оптических явлений. Следует отметить также перспективность ком-плексирования методов линейного и нелинейного зондирования для извлечения многопараметрической информации без задания априорных моделей среды. [c.234]

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]

Экспериментальные данные о мпогофотонных сечениях. Известно большое число работ, посвященных экспериментальному измерению сечений прямого процесса многофотонной ионизации щелочных атомов [5.2,3, 39-46]. Все эти данные получены для процессов со степенью нелинейности UT от 2 до 5 и при не слишком высокой напряженности поля, когда не играет существенной роли ни процесс надпорогового поглощения (гл. VII), ни процесс образования многозарядных ионов (гл. VIII), ни процесс возмущения атомного спектра (гл. IV). Как правило, эксперимен- [c.128]

Процессы, определяющие объемную лучевую прочность стекол, можно разделить на три группы взаимодействие лазерного излучения с поглощающими примесями в стекле, нелинейные процессы, такие как многофотонное поглощение, самофокусировка, вынужденное рассеяние и т, д., приводящие к изменению характера про-странственно-временного распределения лазерного излучения в объеме, стекла, и, наконец, возникновение в стекле собственного оптического пробоя, обусловленного взаимодействием лазерного излучения с самой матрицей стекла без каких-либо допороговых искажений в распределении лазерного пучка. [c.53]

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]

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]

Энциклопедия по машиностроению XXL

Оборудование, материаловедение, механика и ...