Transparencia autoinducida

La transparencia autoinducida ( SIT ) es el fenómeno del paso de un pulso de radiación coherente (láser) a través de un medio resonante sin absorción.

Historial de descubrimientos

SIP ( transparencia autoinducida ) fue predicha por S. McCall y E. Khan en 1965 y fue observada por primera vez por ellos dos años después al estudiar el paso de pulsos ultracortos (USP) en una barra de rubí a 40 K. Cuando la potencia del pulso superó el valor crítico, la pérdida de energía durante la propagación disminuyó en un factor de 105 .

SIT en semiconductores se predijo en la FIAN de la URSS en los trabajos de Yu.M. Popov , I.A. Poluektov y V.S. Roitberg.

El mecanismo del fenómeno

Ocurre cuando un pulso de radiación electromagnética coherente (láser) pasa a través de un medio resonante , cuya duración es mucho menor que los tiempos de relajación , donde es el tiempo de vida del estado excitado del átomo del medio (tiempo de relajación longitudinal), es el tiempo de relajación de la polarización (tiempo de relajación transversal o tiempo de desfase), que caracteriza la tasa de caída del momento dipolar del sistema. Por regla general, . Si la intensidad del campo de radiación es lo suficientemente alta, el conjunto de átomos resonantes pasa a un estado excitado coherente bajo la acción de la primera mitad del pulso (en el frente del pulso) y se relaja coherentemente al estado fundamental bajo la acción de la segunda. la mitad del pulso (en la caída del pulso). Por lo tanto, la radiación no se absorbe. $\tau _{p}\ll T_{1},T_{2}$ $T_{1}$ $T_{2}$ $T_{2}\ll T_{1}$

La descripción matemática del fenómeno de la transparencia autoinducida se basa en la solución del sistema autoconsistente de ecuaciones de Maxwell-Bloch: la ecuación de onda de Maxwell es responsable de la propagación de un pulso de luz en un medio resonante de dos niveles, el cuya dinámica está determinada por las ecuaciones ópticas de Bloch (de hecho, desempeñan el papel de ecuaciones materiales). Usando la onda giratoria y aproximaciones de amplitud que varían lentamente, McCall y Hahn derivaron una expresión analítica para un pulso estacionario ( un solitón ) que se propaga en un medio resonante sin pérdida de energía:

$E(z,t)={\frac {2\hbar }{\mu \tau _{p))}\operatorname {sech} {\frac {\tau }{\tau _{p))}$ , (una)

donde es el momento dipolar de transición , es el tiempo en el sistema de coordenadas en movimiento, es la duración del pulso, es la función secante hiperbólica y es la constante de Planck . $\mu$ $\tau=tz/v$ $\tau_{p}$ $\operatorname {sech}$ $\hbar$

Una característica importante de la interacción de un pulso con un medio es su "área", que por definición es igual a

$\theta (z)={\frac {\mu }{\hbar }}\int _{-\infty }^{\infty }E(z,t)dt$ . (2)

Si el área es igual a , esto significa que el impulso después de la excitación devuelve los átomos resonantes exactamente al estado inferior (base), de modo que toda la energía almacenada en el medio vuelve al campo de radiación. Es fácil ver que un pulso estacionario de tipo (1) tiene un área exactamente , por lo que tales pulsos a menudo se denominan pulsos. $\ theta = 2 \ pi n$ $\theta=2\pi$ $2\pi$

Literatura

SL McCall, EL Hahn. Transparencia autoinducida por luz pulsada coherente // Cartas de revisión física . - 1967. - T. 18 . - S. 908-911 .
SL McCall, EL Hahn. Transparencia autoinducida // Revisión física . - 1969. - T. 183 . - S. 457-485 .
P. G. Kriukov, V. S. Letokhov Propagación de un pulso de luz en un medio de amplificación (absorción) resonante // UFN . - 1969. - T. 99 . - S. 169-223 .
GL Cordero, Jr. Descripciones analíticas de la propagación de pulsos ópticos ultracortos en un medio resonante // Reseñas de física moderna . - 1971. - T. 43 . - S. 99-124 .
I. A. Poluektov , Yu. M. Popov y V. S. Roitberg . El efecto de la transparencia autoinducida // UFN . - 1974. - T. 114 . - S. 97-131 .
L. Allen, J. Eberle. Resonancia óptica y átomos de dos niveles. — M .: Mir, 1978.
Drabovich N. N. Transparencia autoinducida // Enciclopedia física . - M. : BRE, 1994. - T. 4 . - S. 409-410 .
Maimistov AI Solitones ópticos // Soros Educational Journal . - 1999. - Nº 11 . - S. 101 .