М. РОЗМАН ОПТИЧЕСКИЕ СПЕКТРЫ ДВУХУРОВНЕВОЙ СИСТЕМЫ В БИГАРМОНИЧЕСКОМ ПОЛЕ ( Представил В. Хижняков) Цель данного сообщения нахождение положений, интенсивностей и ширин линий резонансной флуоресценции двухуровневой системы в бигармоническом поле.Рассматривается возбуждение электромагнит- ными полями одинаковой интенсивности, частоты которых расположены симметрично относительно частоты электронного перехода.Учитываются процессы радиационной релаксации и интерференция переизлучаемых фотонов.Согласно [ 1 ], энергетический спектр собственных состояний системы двухуровневый атом -поле («одетых» состояний) эквидистантен с рас-) где | g} и \е ) основное и возбужденное состояния атома соответ- ственно, \п,пг} ь состояние поля с ц-фотонами частоты coi =юю + А и m-фотонами частоты озг = озш -А.Коэффициенты в разложении (1) волновой функции обладают свойствомСп {Е) = е™рС п-р {Е рА),
М. РОЗМАН ОПТИЧЕСКИЕ СПЕКТРЫ ДВУХУРОВНЕВОЙ СИСТЕМЫ В БИГАРМОНИЧЕСКОМ ПОЛЕ ( Представил В. Хижняков) Цель данного сообщения нахождение положений, интенсивностей и ширин линий резонансной флуоресценции двухуровневой системы в бигармоническом поле.Рассматривается возбуждение электромагнит- ными полями одинаковой интенсивности, частоты которых расположены симметрично относительно частоты электронного перехода.Учитываются процессы радиационной релаксации и интерференция переизлучаемых фотонов.Согласно [ 1 ], энергетический спектр собственных состояний системы двухуровневый атом -поле («одетых» состояний) эквидистантен с рас-) где | g} и \е ) основное и возбужденное состояния атома соответ- ственно, \п,пг} ь состояние поля с ц-фотонами частоты coi =юю + А и m-фотонами частоты озг = озш -А.Коэффициенты в разложении (1) волновой функции обладают свойствомСп {Е) = е™рС п-р {Е рА),
Исследованы спектральные свойства флуоресцентного излучения двухуровневой квантовой системы с нарушенной инверсионной пространственной симметрией, которая может быть реализована в виде модели одноэлектронного двухуровневого атома, оператор электрического дипольного момента которого имеет перманентные, не равные друг другу диагональные матричные элементы. Рассмотрен случай возбуждения этой системы бихроматическим лазерным полем, состоящим из высокочастотной резонансной компоненты с частотой, совпадающей с частотой атомного перехода, и низкочастотной компоненты, частота которой совпадает с частотой Раби высокочастотной компоненты. Показано, что, изменяя интенсивность низкочастотной компоненты, можно эффективно управлять спектральными свойствами флуоресцентного излучения системы в высокочастотном диапазоне. Обсуждаются возможные способы экспериментального обнаружения и практического использования исследованных эффектов.
Численное моделирование спектральных характеристик спонтанной флуоресценции связанных динамическим взаимодействием двух различных двухуровневых наночастиц при первоначальном возбуждении одной из них выполнено на основе решений уравнений Шредингера для амплитуд несовместимых альтернатив вероятности регистрации состояний составной системы из частиц и квантованного поля излучения при таких поглощениях фотона окружающей средой, которые определяют "пути" его излучения той или иной частицей. Зависимость интенсивности такой селективной флуоресценции от частоты регистрируемого фотона представлена в виде взаимно перекрывающихся контуров двух пар спектральных линий, отражающих расщепление линий флуоресценции невзаимодействующих частиц. Контуры линий различаются значениями их максимумов. Разности интегральной интенсивности контуров сопоставлены с селективным заселением основного состояния каждой из частиц в ансамбле рассматриваемых пар частиц. Ключевые слова: математическое моделирование, взаимодействующие двухуровневые наночастицы, спонтанная флуоресценция, спектральные характеристики.
Проведено численное моделирование спектров возбуждения резонансной флуоресценции, связанных динамическим взаимодействием двух различных двухуровневых наночастиц. Рассматривалось возбуждение одной из частиц монохроматическим светом с частотой, близкой к частоте собственного перехода этой частицы, при интенсивности облучения, приводящего к малой заселенности ее возбуждаемого состояния. Использован формализм описания резонансной флуоресценции методом Гайтлера--Ма применительно к полной составной системе из отмеченной пары частиц и квантованного поля излучения. Полученные выражения для спектра возбуждения отражают учет поглощения фотона флуоресценции без отнесения его к излучению какой-либо одной из частиц. Выражения для спектров возбуждения при учете такого поглощении фотона флуоресценции, которое позволяет отнести его к излучению той или иной из частиц, получены на основе решения модифицированной системы уравнений метода Гайтлера--Ма, которая отражает сложение не интерферирующих амплитуд состояний поля излучения каждой частицы. Установлено, что форма спектров возбуждения стационарной резонансной флуоресценции рассматриваемых частиц определяется формой соответствующих спектров интенсивности спонтанной флуоресценции этих частиц. Ключевые слова: математическое моделирование, взаимодействующие двухуровневые наночастицы, резонансная флуоресценция, спектр возбуждения.
Методами неравновесной квантовой статистической механики смоделирован и исследован процесс высокочастотной флуоресценции двухуровневой открытой квантовой системы, обладающей постоянным электрическим дипольным моментом и взаимодействующей с нерезонансным импульсом монохроматического электромагнитного (лазерного) поля. Исследованная система может быть реализована посредством одноэлектронной асимметричной полупроводниковой квантовой точки, обладающей неравными диагональными матричными элементами оператора электрического дипольного момента в основном и возбужденном квантовых состояниях. Квантовая точка непрерывно возбуждается посредством некогерентной накачки и взаимодействует с диссипативным окружением, а также с амплитудно-модулированным импульсом, несущая частота которого намного меньше частоты оптического перехода квантовой точки. Получено явное выражение для зависящего от времени спектра интенсивности флуоресценции как функции амплитуды, длительности, фазы и частоты несущего монохроматического поля прямоугольного импульса, а также интенсивности накачки и времени наблюдения. Показано, что импульс сам по себе не вносит сколько-нибудь заметного энергетического вклада в интенсивность флуоресценции, а скорее способствует распределению энергии некогерентной накачки по совокупности спектральных пиков, которые возникают под воздействием этого импульса вместо единственного спектрального пика флуоресценции, наблюдаемого до прихода импульса и после его прохождения.
Интерес к униполярным импульсам в оптике связан с возможностью их эффективного воздействия на квантовые объекты. В работе изучается взаимодействие короткого прямоугольного униполярного импульса с двухуровневой резонансной средой в условиях, когда длительность импульса меньше времен релаксации среды. Парадоксальным является тот факт, что поляризация и разность заселенностей среды осциллирует не на частоте Раби, а на частоте, пропорциональной сумме квадратов частоты резонансного перехода среды и частоты Раби импульса. Данное явление аналогично эффекту Штарка, которое заключается в сдвиге частот переходов среды в постоянном внешнем электрическом поле. Обсуждается возможность генерации излучения на частотах, превосходящих частоту резонансного перехода при возбуждении среды прямоугольным униполярным импульсом. Ключевые слова: униполярные импульсы, двухуровневая система, осцилляции Раби.
В рамках фурье-анализа были исследованы световые сдвиги резонансов когерентного пленения населенностей в периодически модулированном лазерном поле, когда частота модуляции варьируется вблизи дробной частоты сверхтонкого расщепления в основном состоянии атомов Δ/ (где = 1, 2, 3, ...). Такой тип модуляции обычно имеет место в малогабаритных часах с полупроводниковым лазером, когда ток инжекции гармонически модулирован на частоте , либо при использовании электрооптического или акустооптического модулятора. При этом формируется полихроматическое эквидистантное излучение, в котором имеются только две частотные компоненты, наиболее резонансные рабочим оптическим переходам в атоме, в то время как все остальные частотные компоненты являются относительно нерезонансными. На основе точных численных расчетов мы показали, что широко распространенная точка зрения, согласно которой сдвиг резонанса когерентного пленения населенностей определяется обычным квадратичным штарковским сдвигом нижних атомных уровней, является, в общем случае, существенно некорректной. Это обусловлено тем, что в общем случае дополнительный вклад в световой сдвиг резонанса когерентного пленения населенностей, обусловленный биениями (на частоте Δ) между различными нерезонансными частотными компонентами, может быть сопоставим (или даже доминировать) по отношению к величине стандартного штарковского сдвига. Более того, эти биения являются фазовочувствительными. Поэтому даже наличие детальной информации о спектральном составе модулированного излучения (например, с помощью спектр-анализатора) не является достаточным для определения светового сдвига резонанса когерентного пленения населенностей.