КВАНТОВО-ОПТИЧЕСКИЕ ЯВЛЕНИЯ

Во многих случаях можно рассматривать взаимодействие фотонов с атомами и молекулами вещества, как если бы последние были свободны или по крайней мере изолированы. Однако в тех случаях, когда квантово-оптические явления происходят в твердых телах, необходимо принимать во внимание электронные и другие коллективные движения в кристалле. Этим коллективным движениям сопоставляют своеобразные кванты , называемые квазичастицами или элементарными возбуждениями. Кристалл уподобляют газу таких квазичастиц. Квантово-оптические явления в твердых телах рассматривают, исходя из взаимодействия фотонов с указанными квазичастицами. [c.129]

Электронно-оптический преобразователь. Рассмотрим электровакуумный прибор, в котором используются сразу два квантово-оптических явления фотоэлектронная эмиссия и катодолюминесценция. Речь идет об электронно-опти-ческом преобразователе (ЭОП) — приборе, предназначенном для преобразования невидимого глазом изображения объекта (в инфракрасных, ультрафиолетовых или рентгеновских [c.200]

Как было указано, Эйнштейн, развивая идею Планка, сделал второй шаг на пути развития квантовой теории, выдвинув новую гипотезу, согласно которой само электромагнитное излучение состоит из отдельных корпускул (квантов) — фотонов с энергией о = и импульсом р hv/ . Гипотеза Эйнштейна в дальнейшем была подтверждена многочисленными экспериментальными фактами и легла в основу объяснения ряда оптических явлений, с которыми не могла справиться волновая теория света. [c.338]

Следует отметить, что как при классическом, так и квантовом описании нелинейных оптических явлений нужно с большой осторожностью пользоваться фундаментальным принципом суперпозиции, справедливость которого в изложении линейной оптики не подвергалась сомнению. При распространении света в нелинейной среде, одна мощная волна, встречаясь с другой волной, может воздействовать на нее, что и приводит к нарушению принципа суперпозиции. Постановка таких опытов в вакууме невозможна —. эффект взаимодействия световых пучков (рассеяние света на свете) во много раз меньше чувствительности любой современной аппаратуры. [c.171]

Заканчивая это предельно краткое изучение свойств фотона, целесообразно сформулировать следующие общие соображения. Введение понятия фотона привело фактически к созданию новой корпускулярной теории света, хорошо объясняющей некоторые оптические явления, истолкование которых в рамках волновой теории было затруднительно, а иногда невозможно. В то же время при правильном описании явлений эта теория не приводит к противоречию с исходными положениями волновой оптики. В частности, можно описать явления на границе двух сред в терминах как волновой, так и корпускулярной оптики. Конечно, было бы грубой ошибкой отождествлять скорость электромагнитных волн и скорость корпускул и пытаться поставить какой-либо решающий опыт, позволяющий выбрать одну из двух дополняющих одна другую теорий для описания всех сложных оптических явлений. Следует учитывать, что волновая и корпускулярная картины — это классические крайности (пределы) квантово-ме-ханической сущности явления, полностью соответствующей дуализму материи. [c.452]

Наряду с теми трудностями, к которым приводила электронная теория Лорентца, опиравшаяся на представление о неподвижном эфире, выяснились и другие затруднения этой теории. Она оставляла неразъясненными многие особенности явлений, касающихся взаимодействия света и вещества. В частности, не получил удовлетворительного разрешения вопрос о распределении энергии по длинам волн в излучении накаленного черного тела. Накопившиеся затруднения вынудили Планка сформулировать теорию квантов (1900 г.), которая переносит идею прерывности (дискретности), заимствованную из учения о молекулярном строении вещества, на электромагнитные процессы, в том числе и на процесс испускания света. Теория квантов устранила затруднения в вопросах излучения света нагретыми телами она по-новому поставила всю проблему взаимодействия света и вещества, понимание которой невозможно без квантовой интерпретации. Целый ряд оптических явлений, в частности фотоэлектрический эффект и вопросы рассеяния света, выдвинул на первый план корпускулярные особенности света. Процесс развития теории квантов, ставшей основой современного учения о строении атомов и молекул, продолжается и ныне. [c.24]

Отличие удерживающей силы от квазиупругой фактически оказывается существенным для очень мощного света, который можно получить с помощью оптических квантовых генераторов это отличие обусловливает особенности так называемых нелинейных оптических явлений, которые рассматриваются в гл. ХЫ. В тех же явлениях, с которыми мы имели дело до сих пор, и во многих других соотношение (156.3) выполняется с очень хорошим приближением. [c.551]

Весьма интересна последняя фраза в этом высказывании. Для того чтобы происходило рассеяние корпускул друг на друге, необходимо допустить, что их масса не постоянна. На языке квантовой оптики это соответствует тому, что изменяется частота света. Такое явление действительно наблюдается при взаимодействии лазерных пучков в прозрачных средах, например в кристаллах, при определенных условиях. Оно относится к нелинейно-оптическим явлениям. При этом действительно происходит взаимодействие фотонов друг с другом (тогда как в вакууме или воздухе фотоны практически не взаимодействуют). Ну как же тут не вспомнить упоминавшееся ранее замечание Ломоносова о том, что в прозрачных твердых телах световые корпускулы обязательно должны взаимодействовать друг с другом [c.23]

Чрезвычайно большие возможности открывает применение в оптических экспериментах принципиально новых источников света лазеров (оптических квантовых генераторов). Благодаря использованию вынужденного излучения в таком источнике все возбужденные атомы испускают электромагнитные волны согласованно, подобно тому, как это происходит в антенне радиопередатчика. В результате образуется световая волна, близкая по своим свойствам к монохроматической, — когерентная электромагнитная волна. Особые свойства таких источников света, заключающиеся в способности концентрировать энергию в спектре, во времени, в пространстве, связаны с высокой когерентностью их излучения. Сам факт их существования заставляет по-иному подходить к изучению многих оптических явлений. [c.8]

Естественное углубление феноменологической электромагнитной теории дает классическая электронная теория, рассматривающая движение дискретных электрических зарядов в веществе и их взаимодействие с электромагнитным полем. Электронная теория вскрывает физическую сущность процессов, описываемых феноменологической теорией. Классическая электронная теория достигла больших успехов благодаря работам Г. А. Лоренца и других ученых. Она не утратила своего значения и в настоящее время, так как дает правильное качественное объяснение обширному кругу электромагнитных и оптических явлений с помощью простых и наглядных моделей. Ограниченность классической электронной теории обусловлена лежащим в ее основе предположением, что поведение электронов в атомах описывается классической механикой. Трудности этой теории привели к созданию квантовой теории, отражающей современные представления о строении вещества. [c.10]

Преподавание этих курсов необходимо вести с учетом того, что различные явления оптики могут быть рассмотрены как с позиций волновых, так и с позиций квантовых представлений. Данная книга посвящена в основном вопросам волновой оптики. Это связано также и с тем, что в связи с появлением новой области физической оптики — голографии и ее многочисленных применений интерес к волновым оптическим явлениям значительно возрос. [c.3]

Нужно учесть, что наука физическая оптика охватывает все области оптических явлений, включая геометрическую оптику, волновые свойства излучения и квантовые представления о нем. [c.5]

Перина Я. Квантовая статистика линейных и нелинейных оптических явлений. — М. Мир, 1987 [c.745]

Разнообразные нелинейные оптические явления возникают в газах, жидкостях и твердых телах, оптические свойства которых изменяются под действием интенсивных световых потоков. Источниками мощного когерентного электромагнитного излучения в широком спектральном диапазоне — от инфракрасных до ультрафиолетовых лучей — служат оптические квантовые генераторы (лазеры), и их создание вызвало к жизни новую область физики — нелинейную оптику. [c.5]

В настоящем томе для описания нелинейных оптических явлений применяется квантовая теория в формулировке Дирака. Основные определения и законы этой системы понятий сопоставлены в В2.1. Мы будем на них ссылаться позднее, не прерывая изложения конкретных проблем НЛО включением общих квантовомеханических закономерностей. Мы будем также опускать доказательства и далеко идущие интерпретации, ограничиваясь указанием учебной литературы [В2.-1, В2.-2]. В В2.2 будет рассмотрено применение основополагающих квантовомеханических закономерностей к определенным общим проблемам, соответствующие результаты понадобятся для квантовомеханического описания поля излучения и взаимодействия излучения с атомными системами. [c.71]

Основное внимание здесь уделяется феноменологическому описанию реально наблюдаемых оптических явлений и связям между независимо изменяемыми величинами, в частности, связям типа закона Кирхгофа. Установление таких связей позволяет при модельных вычислениях ограничиться вынужденными эффектами и полуклассическими теориями. В книге рассматриваются лишь простейшие качественные микромодели, поясняющие смысл и порядки величин феноменологических параметров. Более детальные расчеты различных оптических микро-и макро-параметров можно найти в монографиях [8—17], вышедших за последние полтора десятилетия и посвященных взаимодействию света с веществом. В качестве общего вводного курса, охватывающего квантовую оптику и многофотонные процессы, можно рекомендовать книгу [18]. [c.11]

С квантовой тонки зрения третий момент поля — результат интерференции одно- и двухфотонного спонтанных переходов из возбужденного состояния в основное (см. рис. 5,е). Хотя этот эффект труден для наблюдения, он представляет эвристический интерес в качестве примера оптического явления, который, как мы сейчас покажем, нельзя трактовать в терминах излучения определенного числа фотонов. [c.160]

Основное содержание курса составляет физическая оптика, изложение которой начинается с главы П1. В нее входят также специальная теория относительности, краткое изложение принципов работы оптических квантовых генераторов (лазеров) и элементов нелинейной оптики. Как и в предыдущих томах курса, главное внимание здесь обращено на выяснение физического смысла и содержания оптических явлений, на связь между ними и с общими принципами физики. Автор стремился к идейной простоте изложения, но старался избегать вульгаризации. [c.8]

Нелинейная оптика — одна из наиболее интересных новых областей физики. Особое значение она приобрела после изобретения оптических квантовых генераторов — лазеров. В интенсивных полях современных лазеров возникают новые явления, а хорошо известные оптические явления приобретают новые черты. Все эти новые эффекты объединяет нелинейная зависимость их протекания от интенсивности света. [c.4]

Квантовомеханическая теория хотя и вносит существенные уточнения, но физическое содержание явления остается неизменным. Согласно квантовой теории, вычисление магнитной оптической активности вещества проводится обычно в три этапа [c.305]

Явление люминесценции нашло широкое применение в науке, технике и в быту. Люминесцентные вещества являются активной средой оптических квантовых генераторов, применяются на светящихся экранах, в люминесцентных лампах и т. д. Кратко остановимся в этом параграфе только на двух применениях. [c.373]

Когерентность излучения проявляется практически во всех свойствах оптических квантовых генераторов. Исключение составляет, разумеется, полная энергия излучения, которая, как и в случае некогерентных источников, прежде всего зависит от подводимой энергии. Замечательной чертой лазеров, тесно связанной с когерентностью их излучения, является способность к концентрации энергии — концентрации во времени, в спектре, в пространстве, по направлениям распространения. Для некоторых квантовых генераторов характерна чрезвычайно высокая степень монохроматичности их излучения. В других лазерах испускаются очень короткие импульсы, продолжительностью 10 с поэтому мгновенная мощность такого излучения может быть очень большой. Световой пучок, выходящий из оптического квантового генератора, обладает высокой направленностью, которая во многих случаях определяется дифракционными явлениями. Такое излучение можно, как известно, [c.769]

Чрезвычайно большие возможности открываются при использовании в оптических экспериментах лазеров (квантовых оптических генераторов), излучающих обычно одну спектргшьную линию большой яркости. Особые свойства таких источников света (в первую очередь когерентность) подробно обсуждены ниже, а сейчас укажем, что сам факт их существования заставляет по-иному подходить к изучению многих оптических явлений. [c.11]

Современный этап развития оптики, начало которого можно датировать 1960 г., характеризуется новыми, весьма своеобразными чертами. Фундаментальные свойства света — волновые, квантовые, его электромагнитная природа — находят все более разнообразные и глубокие подтверждения и применения, продолжая служить основой для понимания всей совокупности оптических явлений. Однако круг этих явлений неизмеримо расширился. В начале 60-х годов были созданы источники с высокой степенью монохроматичности и направленности излучаемого ими света — так называемые оптические квантовые генераторы или лазеры. Распространение лазерного излучения и его взаимодействие с веществом во многих случаях протекает в существенно иных условиях, чем в случае излучения обычных, нелазерных источников, и конкретные явления приобретают совершенно новые, неизвестные ранее черты. Сказанное относится к отражению, преломлению, дифракции, рассеянию, поглощению и к другим основным оптическим явлениям (см. ГЛ. ХЬ, ХЫ). [c.25]

Отметим, что многие вопросу физики взаимодействия света с веществом удается достаточно глубоко проанализировать на основе полуклассического подхода. В качестве примера укажем вынужденное испускание света, резонансную флуоресценцию, нелинейно-оптические явления. Даже такое сугубо квантовое явление, как фотоэффект, можно, оказывается, неплохо описать на полуклассическом уровне. В связи с 9ТИМ иногда высказывается мнение, что при рассмотрении взаимодействия света с веществом квантование светового поля, по сути дела, не обязательно — достаточно проквантовать только вещество. Такую точку зрения надо признать слишком категоричной. Отдавая должное большим возможностям полуклассического подхода, не следует их переоценивать. По самой своей сути этот подход внутренне непоследователен— вещество и поле рассматривают здесь на разных уровнях. Ясно, что наиболее последовательным и глубоким с физической точки зрения является подход, при котором квантуются как вещество, так и излучение. Именно при таком подходе можно наиболее глубоко исследовать физическую природу света, а значит, и физику процессов взаимодействия света е веществом. [c.4]

После изложенных соображений, касающихся существа предмета (квантовой оптики), обратимся к данному учебному пособию. Оно состоит из четырех частей 1. Развитие фотонных представлений. 2. Физика микрообъектов. 3. Квантовооптические явления. 4. Теоретические основы квантовой оптики. В первой части на основе ставших классическими работ Планка, Бора, Эйнштейна рассматриваются рождение и становление квантовой теории света, излагаются свойства фотона и фотонных ансамблей, демонстрируется переход от волновых представлений к квантовым. Во второй части анализируются некоторые принципиальные вопросы квантовой физики это позволяет объяснить интерференционные эффекты на корпускулярном языке. В третьей части приводятся необходимые сведения из физики твердого тела и затем обстоятельно рассматриваются три группы оптических явлений фотоэлектрические, люминесцентные, нелинейно-оптические эти явления иногда объединяют термином квантово-оптические . Вопросы, излагаемые в указанных трех частях пособия, составляют содержание раздела Квантовая природа света , [c.5]

Первый нелинейно-оптический эксперимент — просветление среды. С. И. Вавилов еще в 20-х годах высказывал мысль, что квантовая природа света должна обусловливать нарушение принципа суперпозиции световых волн в среде и приводить к нелинейно-оптическим явлениям. Совместно с В. Л Левшиным он осуществил в 1925 г. первый нели-ноино-оптический эксперимент — наблюдал просветление уранового стекла под действием света конденсированной искры. В эксперименте было зафиксировано уменьшение коэффициента поглощения стекла на 1,5 % при точности измерений 0,3 %. [c.215]

ОПТИКА [ асферическая содержит элементы, поверхности которых, не имеют сферической формы просветленная обладает уменьшенными коэффициентами отражения света у отдельных ее элементов путем нанесения на них специальных покрытий) как оптическая система (волновая изучает явления, в которых проявляется волновая природа света волоконная рассматривает передачу света и изображений по световодам и пучкам гибких оптических волокон геометрическая изучает законы распространения света в прозрачных средах на основе представлений о световых лучах интегральная изучает методы создания и объединения оптических и оптоэлектронных элементов, предназначенных для управления световыми потоками квантовая изучает явления, в которых при взаимодействии света и вещества существенны квантовые свойства света и атомов вещества когерентная изучает методы создания узконаправленных когерентных пучков света и управления ими нелинейная изучает распространение мощных световых пучков в оптически нелинейных средах (твердые тела, жидкости, газы) и их взаимодействие с веществом силовая изучает воздействие на твердые тела интенсивного светового излучения, в результате которого может нарушаться механическая цельность этих тел статистическая изучает статистические свойства световых полей и особенности их взаимодействия с веществом тонких слоев изучает прохождение света через прозрачные слои вещества, толщина которых соизмерима с длиной световой волны физическая изучает природу света и световых явлений) как раздел оптики электронная занимается вопросами формирования, фокусировки и отклонения пучков электронов и получения с их помощью изображений под воздействием электрических и магнитных полей корпускулярная изучает законы движения заряженных частиц в электрическом и магнитном полях нейтронная изучае взаимодейс вие медленных нейтронов со средой) как раздел физики] [c.255]

Предлагаемая вниманию читателей вторая часть книги Введение в нелинейную оптику является продолжением первой части ( Классическое рассмотрение ), вышедшей в издательстве Мир в 1973 г. Книга содержит квантовофизическое описание нелинейных оптических явлений и охватывает широкий круг проблем квантовой механики, квантовой электродинамики, квантовой электроники, статистической физики, физики твердого тела, линейной и нелинейной оптики. [c.4]

Квантовая электроника достигла больших успехов в создании лазерных источников света с высокой напряженностью поля, хорошими когерентными свойствами, перестраиваемой частотой и регулируемым распределением излучения во времени. Созданы также регистрирующие устройства высокого временного и спектрального разрешения. С помощью этой новой совершенной аппаратуры в последние годы удалось провести многочисленные и качественно новые эксперименты по взаимодействию межДу электромагнитными полями н атомными системами. Одновременно продолжалось теоретическое изучение таких взаимодействий и была создана теория процессов, происходящих в сильных когерентных полях, причем в зависимости от характера конкретных процессов на передний план в большей или меньшей степени выдвигались квантовые свойства атомных систем нли поля излучения. В некоторых случаях учитывались сразу квантовые свойства как атомных систем, так и поля излучения. Эти экспериментальные и теоретические исследования в нелинейной оптике позволили получить принципиально новую информацию о процессах взаимодействия между светом и атомными системами в различных состояниях, а также о физических и химических свойствах веществ и о параметрах процессов, влияющих на ход нелинейных оптических явлений. Открылись новые горизонты в спектроскопии, фотофизике, фотохимии и квантовой электронике, а также в области их технических применений. [c.8]

Богатая цветовая гамма растительного и животного мира волшебные краски неба, радуги, восхода и захода солнца, эффекты тени, смены дня и ночи, притягательная сила огня и раскаленного металла, кшогоцветие орнаментов национальных одежд, посуды, витражей... Можно долго перечислять примеры нашего повседневного соприкосновения с миром оптических явлений, которое начинается с раннего детства. Это и неудивительно, так как зрение человека основано на закономерностях взаимодействия света с веществом. Оптические свойства твердых тел являются предметом пристального научного и технологического интереса на протяжении последних трех-четьфех столетий, хотя эти свойства широко использовались для решения определенных декоративных задач еще со времен ранних цивилизаций уже древние художники, создатели наскальных изображений, находили эффектные цветовые решения путем смешивания различных природных пигментов. Начиная с открытия Снеллиусом в 1621 г. закона преломления света оптическая спектроскопия прошла полный драматизма и внутренних противоречий путь развития. За исследованиями явлений отражения и преломления света последовал этап повышенного внимания к интерференции, дифракции и поляризации света, а затем пришло время для целенаправленного изучения поглощения, флюоресценции (люминесценции), рассеяния света и нелинейных оптических эффектов. Длительное соперничество между корпускулярной и волновой теориями света увенчалось компромиссом, основанным на кохщепции дуализма, и открытием законов квантовой механики и квантовой электродинамики. Создание лазерных источников и совершенствование методов детектирования электромагнитного излучения превратили спектроскопию в мощный метод исследования физических свойств твердого тела и протекающих в нем элементарных процессов. Более того, вряд ли можно представить сегодня наши познания о микромире без средств, которые обеспечиваются спектроскопией видимого, инфракрасного. [c.3]

В последующих разделах рассмотрены оптические явления, обусловленные экситонным вкладом в диэлектрический отклик квантовых ям. Проводятся теоретические расчеты и приводятся экспериментальные данные как для одиночной квантовой ямы, так и для структур с периодическим набором квантовых ям. Отдельный раздел посвящен квантовым микрорезонаторам, в которых может быть достигнуто значительное увеличение коэффициента экситон-фотонной связи. [c.37]

Однако, некоторые оптические явления трудно или невозможно трактовать с помощью классических представлений, и последовательная теория должна описывать и атомы, и свет, исходя из принципов квантовой механики. Кроме того, наглядные фотонные представления очень удобны для качественного описания и классификации многих оптических эффектов. Например, эффект удвоения или сложения частоты света при его распространении через прозрачный кристалл можно считать результатом множества элементарных процессов, в каждом из которых два фотона падающего света сливаются в один фотон с суммарной энергией и частотой. Возможен, очевидно, и обратный процесс распада падающего на кристалл фотона на пару фотонов с меньшими энергиями. Такие процессы объясняют явление параметрического рассеяния света. При комбинационном рассеянии (эффект Рамана) падающий фотон превращается в фотон с меньшей частотой, называемой стоксовым, и в квант возбуждения вещества (например, фонон в случае колебательного возбуждения). Кроме того, фотон падающего света может объединиться с тепловым фононом и превратиться в антистоксов фотон с большей частотой. При двухфотонном поглощении два фотона падающего света превращаются в возбужденное состояние атома, молекулы или кристалла. Обратно, возбужденный атом может перейти в основное состояние, излучив пару фотонов. [c.8]

Одним из самых замечательных достижений физики второй половины двадцатого века было открытие физических явлений, послуживших основой для создания удивительного прибора — оптического квантового генератора, или лааера. [c.314]

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]

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]

Энциклопедия по машиностроению XXL

Оборудование, материаловедение, механика и ...