Количественно рассмотрено влияние неопределенности интенсивности излучения отдельных лазерных импульсов на вероятности многофотонной ионизации/фотоотрыва. Рассмотрены как многофотонный режим (на примере аниона F-), так и туннельный режим (на примере атома водорода). Показано, что в многофотонном режиме флуктуации интенсивности заметно изменяют вероятности процессов. Что же касается туннельного режима, то роль флуктуаций интенсивности здесь пренебрежимо мала, причем не только в области насыщения, но и вдали от нее. Ключевые слова: многофотонная ионизация, туннельная ионизация, нелинейная статистическая оптика.
Количественно рассмотрено влияние неопределенности интенсивности излучения отдельных лазерных импульсов на вероятности многофотонной ионизации/фотоотрыва. Рассмотрены как многофотонный режим (на примере аниона F-), так и туннельный режим (на примере атома водорода). Показано, что в многофотонном режиме флуктуации интенсивности заметно изменяют вероятности процессов. Что же касается туннельного режима, то роль флуктуаций интенсивности здесь пренебрежимо мала, причем не только в области насыщения, но и вдали от нее. Ключевые слова: многофотонная ионизация, туннельная ионизация, нелинейная статистическая оптика.
Объект исследования – двухуровневый атом. Цель работы – теоретическое исследование нелинейных эффектов при распространении лазерных импульсов в среде двухуровневых атомов. В результате исследования создана математическая модель взаимодействия лазерного излучения со средой двухуровневых атомов, проведен анализ распространения коротких лазерных импульсов в оптически плотной среде, изучено влияние процессов релаксации атомных уровней на изменение площади импульса при его распространении в среде. Результат работы – зависимости, устанавливающие как параметры излучения и среды определяют динамику площади импульса в соответствии с теоремой площадей Мак–Колла–Хана. Полученные результаты позволяют лучше понять процессы когерентного взаимодействия излучения с резонансными средами и могут быть использованы при анализе систем оптической обработки информации. Применялись информационно – коммуникационные технологии для поиска и анализа литературы. Использована прикладная программа Python для численного моделирования процессов взаимодействия и визуализации полученных результатов.
Объект исследования — трёхуровневая атомная система. Цель работы — cоздать математическую модель взаимодействия лазерного излучения с оптически плотной средой трёхуровневых атомов. В результате исследования разработана и численно реализована математическая модель, описывающая динамику взаимодействия когерентного лазерного излучения с ансамблем трёхуровневых атомов в условиях оптически плотной среды. Модель основана на решении системы уравнений для элементов матрицы плотности совместно с уравнениями Максвелла для медленно меняющихся амплитуд взаимодействующих полей. Получены зависимости пространственно-временной эволюции интенсивности зондирующего импульса и населённостей энергетических уровней атомов при различных параметрах системы, таких как начальные интенсивности и длительности импульсов, отстройки частот от резонанса и оптическая толщина среды. Проанализировано влияние этих параметров на эффективность взаимодействия и формирование когерентных эффектов, таких как электромагнитно-индуцированная прозрачность и когерентное пленение населенностей. Применялись информационно-коммуникационные технологии для численного моделирования и анализа полученных данных. Использованы прикладные программы: MATLAB, язык программирования Python с библиотеками SciPy, NumPy для решения системы дифференциальных уравнений и визуализации результатов. Проведен поиск информации в глобальных компьютерных сетях для анализа существующих теоретических моделей и экспериментальных данных.
В приближении заданной интенсивности рассмотрено параметрическое взаимодействие волн при четырехволновом взамодействии встречных волн в кубичной среде, являющейся «левой» для сигнальной волны. Получено аналитическое выражение для интенсивности сигнальной волны для общего случая четырехволнового взаимодействия в метаматериале. Рассмотрено влияние различных параметров на коэффициент усиления сигнальной волны, эффективность преобразования в сигнальную волну и коэффициент отражения зеркала, роль которого играет метаматериал. Впервые получено, что в метаматериалах определяющую роль в процессе усиления обратной сигнальной волны играет как полная длина метаматериала, так и уровень интенсивностей всех трех прямых волн. Анализ показал, что оптимальное значение толщины метаматериала зависит не только от величины фазовой расстройки и интенсивности сильного когерентного поля накачки, как в случае анализа в приближении заданного поля, но и от интенсивности слабой волны на частоте ω2. Впервые показано, что эффективность процесса частотного преобразования в метаматериалах зависит от полной длины метаматериала, входных уровней интенсивностей всех четырех взаимодействующих волн, фазовой расстройки и потерь в среде. Получено, что максимумы коэффициента отражения от метаматериала зависят от полной длины метаматериала и интенсивностей всех трех прямых волн.
В настоящей работе мы исследуем сдвиг в атомных интерферометрах, обусловленный асимметрией формы линии спектроскопического сигнала, и который ранее не обсуждался в научной литературе. Эта асимметрия возникает вследствие того, что чирпирование лазерного излучения осуществляется не только во время интервалов свободной эволюции атомов, но также и во время действия рамесевских импульсов. В результате, эффективная отстройка от рабочего атомного перехода во время действия импульсов тоже зависит от скорости чирпирования, что, в свою очередь, и приводит к возникновению сдвига, обусловленного асимметрией формы линии (lineshape-asymmetry-caused shift, LACS). Показано, что этот сдвиг имеет обратную кубическую зависимость ∝ 1/T от длительности интервала свободной эволюции T, что заметно контрастирует с типичной для атомной интерферометрии зависимостью ∝ 1/T . Поэтому метрологическая значимость этого сдвига существенно возрастает для малогабаритных атомных интерферометров с малой базой. Например, для интерферометров-гравиметров типа Маха–Цендера, использующих двухфотонные переходы в атомах рубидия, при T ∼ 1 мс мы оцениваем сдвиг LACS и его вариации на уровне 0.1–1 мГал, в то время как для T ∼ 100 мкс это может достигать величины 0.1–1 Гал.
На основании приближенного решения уравнения Шредингера изучено воздействие пары предельно коротких, субцикловых импульсов малой амплитуды на квантовую систему. Показано, что в случае, когда длительность импульсов короче обратных частот атомных переходов, вероятность переходов между уровнями определяется электрической площадью импульса и временной задержкой между ними. Как следствие этого факта, униполярный импульс по сравнению с биполярным способен оказывать более эффективное воздействие на систему, а последовательность импульсов реализует селективное воздействие на квантовые объекты, несмотря на нерезонансный характер взаимодействия. Ключевые слова: предельно короткие импульсы, униполярные импульсы, аттосекундные импульсы.
Рассмотрено неупругое рассеяние фотона связанным электроном водородоподобного атома с получением выражения сечения этого процесса, который может происходить как без, так и с изменением энергии фотона за счет атомных переходов. В рамках стандартной диаграммной техники с пропагатором свободного электрона получены общие выражения для амплитуды и сечения процесса. Приводится аргументация правомочности использования этого представления пропагатора при расчете амплитуды в поле ядра. Как сопутствующий результат, в основном приближении по малому «атомному» параметру разложения (Zα) << 1, α = e² / ћc, найдено также выражение матрицы плотности электрона в поле ядра. Показано, что в реальной ситуации при температурах Т << mₑ равновесного поля излучения этим процессом можно пренебречь по сравнению со спонтанным излучением водородоподобного атома, несмотря на меньшую степень параметра (Zα) в его амплитуде. Насколько нам известно, в такой постановке этот достаточно важный вопрос в литературе не обсуждался.