Как правило, в экспериментах по исследованию бозе-эйнштейновской конденсации (БЭК) экситонных поляритонов в микрорезонаторах (МР) и свойств конденсата методами фотолюминесценции (ФЛ) при импульсном возбуждении используется накопление сигнала, то есть, получаемая информация оказывается усредненной по многим импульса излучения МР. При таком способе регистрации теряется информация о стохастических свойствах БЭК, которые могут проявляться при исследовании отдельных импульсов излучения конденсата. В последнее время появилось несколько работ, посвященных этой проблеме. Экспериментально [1,2] и теоретически [3] было показано, что отдельные импульсы излучения бозе-конденсата имеют значительную степень поляризации — как линейной, так и круговой. В то же время, при накоплении сигнала люминесценции от большого числа импульсов, как правило, наблюдается линейная поляризация излучения, направление которой привязано к одной из кристаллографических осей. Посредством измерения корреляционной функции второго порядка )2( g было продемонстрировано изменение на пикосекундных масштабах времени знака диагональной линейной поляризации излучения микростолбика, вытравленного из МР [4]. Также было обнаружено, что пространственное распределение интенсивности излучения БЭК случайным образом изменяется от импульса к импульсу при больших отрицательных расстройках между фотонной и экситонной модами МР [5]. В докладе будут кратко изложены результаты этих работ. В настоящей работе при помощи измерения корреляционной функции второго порядка )2( g для чисел фотонов обнаружены флуктуации времени возникновения БЭК в планарном МР на основе GaAs [6]. Задержка времени возгорания излучения конденсата относительно лазерного импульса изменялась от импульса к импульсу (джиттер). Джиттер максимален (~ 10 пс) вблизи порога конденсации и уменьшается с ростом мощности накачки. Джиттер приводит к увеличению измеряемых значений )2( g на фронте и спаде импульса излучения БЭК, что необходимо учитывать при корреляционных измерениях. При измерениях с накоплением сигнала от большого числа импульсов джиттер приводит к увеличению измеряемой длительности импульса. Теоретический анализ показал, что среднее значение джиттера по порядку величины равно времени нарастания люминесценции БЭК. Также исследована динамика степени спонтанной круговой и линейной поляризации отдельных импульсов излучения МР. Отдельные импульсы излучения МР при превышении порога бозе-конденсации имеют значительную круговую и линейную поляризацию, случайным образом изменяющуюся от импульса к импульсу. Спонтанная поляризация возникает на фронте импульса излучения; круговая поляризация быстро затухает и, как правило, изменяет знак через несколько десятков пикосекунд. Линейная поляризация затухает примерно на 50 пс позже круговой.
Как правило, в экспериментах по исследованию бозе-эйнштейновской конденсации (БЭК) экситонных поляритонов в микрорезонаторах (МР) и свойств конденсата методами фотолюминесценции (ФЛ) при импульсном возбуждении используется накопление сигнала, то есть, получаемая информация оказывается усредненной по многим импульса излучения МР. При таком способе регистрации теряется информация о стохастических свойствах БЭК, которые могут проявляться при исследовании отдельных импульсов излучения конденсата. В последнее время появилось несколько работ, посвященных этой проблеме. Экспериментально [1,2] и теоретически [3] было показано, что отдельные импульсы излучения бозе-конденсата имеют значительную степень поляризации — как линейной, так и круговой. В то же время, при накоплении сигнала люминесценции от большого числа импульсов, как правило, наблюдается линейная поляризация излучения, направление которой привязано к одной из кристаллографических осей. Посредством измерения корреляционной функции второго порядка )2( g было продемонстрировано изменение на пикосекундных масштабах времени знака диагональной линейной поляризации излучения микростолбика, вытравленного из МР [4]. Также было обнаружено, что пространственное распределение интенсивности излучения БЭК случайным образом изменяется от импульса к импульсу при больших отрицательных расстройках между фотонной и экситонной модами МР [5]. В докладе будут кратко изложены результаты этих работ. В настоящей работе при помощи измерения корреляционной функции второго порядка )2( g для чисел фотонов обнаружены флуктуации времени возникновения БЭК в планарном МР на основе GaAs [6]. Задержка времени возгорания излучения конденсата относительно лазерного импульса изменялась от импульса к импульсу (джиттер). Джиттер максимален (~ 10 пс) вблизи порога конденсации и уменьшается с ростом мощности накачки. Джиттер приводит к увеличению измеряемых значений )2( g на фронте и спаде импульса излучения БЭК, что необходимо учитывать при корреляционных измерениях. При измерениях с накоплением сигнала от большого числа импульсов джиттер приводит к увеличению измеряемой длительности импульса. Теоретический анализ показал, что среднее значение джиттера по порядку величины равно времени нарастания люминесценции БЭК. Также исследована динамика степени спонтанной круговой и линейной поляризации отдельных импульсов излучения МР. Отдельные импульсы излучения МР при превышении порога бозе-конденсации имеют значительную круговую и линейную поляризацию, случайным образом изменяющуюся от импульса к импульсу. Спонтанная поляризация возникает на фронте импульса излучения; круговая поляризация быстро затухает и, как правило, изменяет знак через несколько десятков пикосекунд. Линейная поляризация затухает примерно на 50 пс позже круговой.
Явление фотонного эха описано и подтверждено классической теорией. В данной работе для вычисления трехимпульсного фотонного эхо-сигнала описываются колебания молекул вещества моделью многомодового броуновского генератора (МБГ). С помощью корреляционной функции вычисляется линейная функция, временная функция отклика и нелинейная поляризация третьего порядка; тогда можно получить трехимпульсный фотонный эхо-сигнал. После этого численно моделируется трехимпульсный фотонный эхо-сигнал, что изменяет соотношение относительных вкладов четырех типов колебаний в модели МБГ, время когерентности (t12) или время заселения (t23) равно нулю. Анализ результатов показывает, что эти три лазерных импульса не полностью совпадают во времени в момент достижения максимума сигнала. Кроме того, местоположение пиковой интенсивности сигнала изменяется при изменении моды колебаний молекул вещества.
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.
Впервые показано, что при изменении временных параметров возбуждающего импульса лазера (величина чирпа, длительность импульса и его амплитуда) можно управлять величиной и знаком эффекта " конденсации спектра" импульса на частоте резонансного перехода плотной резонансной среды.Важно отметить, что при этом энергия и спектр возбуждающего импульса остаются неизменными.С помощью прямых временных измерений также показано, что импульс индуцированного суперизлучения паров рубидия имеет осцилляторный характер и представляет собой длительный затухающий цуг коротких импульсов.Длительность и период повторения импульсов в цуге определяются плотностью атомов среды N 0 , а длительность всего импульса суперизлучения (10 ps) значительно превосходит длительность возбуждающего лазерного импульса (50 fs).
Исследуется применимость формулы, факторизующей след от произведения диагональных частей спиновых операторов, для случая относительно небольшого числа частиц изолированной спин-системы. Справедливость этой формулы для большого числа частиц следует из основных принципов квантовой статистической механики. Рассматриваемая спин-система включает в себя диполь-дипольное и зеемановское взаимодействие с внешним магнитным полем. Установлено, что точность этой формулы монотонно повышается с ростом величины магнитного поля. В то же время зависимость от числа частиц в диапазоне 2÷10 при различных конфигурациях оказывается резко немонотонной.
Одной из наиболее важных характеристик бозе-эйнштейновского конденсата является пространственная когерентность - свойство системы иметь одну и ту же волновую функцию в разных точках, разделенных расстоянием, превышающим тепловую длину волны де Бройля. Для понимания процессов, управляющих конденсацией Бозе-Эйнштейна, важно знать, как быстро устанавливается когерентность во всей системе во время образования конденсата. В теоретических работах [1,2] было показано, что процесс конденсации частиц имеет три стадии: релаксация частиц низкоэнергетическую или так называемую когерентную область, где кинетическая энергия частицы имеет порядок ее энергии взаимодействия с другими частицами, формирование “квазиконденсата” (сглаживание колебаний плотности) и “истинного конденсата” (установление в системе частиц дальнего порядка). Экспериментально динамика формирования пространственной когерентности впервые была исследована для газа ультрахолодных атомов в работе, [3] где было обнаружено, что когерентная область расширяется с постоянной скоростью около 0,1 мм/с. В исследованиях системы экситонных поляритонов (ЭП) в GaAs микрорезонаторах (МР) при межзонном возбуждении, когда ЭП конденсат формируется благодаря стимулированному рассеянию экситонов из фотовозбужденного экситонного резервуара на дно ЭП ветки, было найдено, что пространственная когерентность формирующегося конденсата распространяется со скоростью около 5.107 см/с. При этом взаимодействие конденсата с экситонным резервуаром ведет к частичной декогерентности конденсата, максимальная длина когерентности находится при плотностях возбуждения, превышающих пороговую не более, чем в 1.5-2 раза и лежит в пределах 20 мкм. В этой работе исследовано формирование пространственной когерентности в ЭП системе при резонансном возбуждении ЭП некогерентными пс импульсами в широкой области квазиимпульсов без возбуждения экситонного резервуара. Исследована ЭП система в 2 GaAs/AlGaAs МР с 4 наборами из 3 In0.05Ga0.95As квантовых ям толщиной 10 нм. Добротность МР Q>104 , расщепление Раби – 7.5 мэВ. ЭП возбуждались сходящимся лазерным лучом с большой апертурой (~ 26o ) выше дна ЭП ветки ELP на 0.7 мэВ. Пространственная корреляционная функция 1-го порядка g(1)(x,t=0) находилась из анализа интерференции излучения ЭП из разных точек на образце. Найдено, что при Т=2 К нарастание когерентности в ЭП системе в отсутствие экситонного резервуара происходит крайне медленно: даже на временах ~250 пс: величина g(1)(x) <0.2 уже при х=2,5 мкм. При повышении Т выше 30 К происходит существенное ускорение установления когерентности: длина когерентности 5 мкм достигается на временах ~ 100 пс. Ускорение релаксации ЭП в когерентную область с ростом температуры ускорением установления теплового равновесия в системе ЭП благодаря включению механизма некогерентного рассеяния ЭП на фононах.
В статье рассматриваются парадоксы квантовой механики с точки зрения психологии восприятия. Одним из наиболее существенных является влияние наблюдателя на результат квантового измерения, связанный с так называемой редукцией волновой функции, о котором писал еще Норберт Винер в своей фундаментальной работе «Математические основы квантовой механики». Основной проблемой здесь является то, что этот процесс не описывается в парадигме и средствами квантовой физики. Однако и влияние сознания наблюдателя на физический процесс, который рассматривается многими, также создает парадокс. Если есть такое взаимодействие, оно должно проходить по физическим законам, но это не приведет к редукции волновой функции. Если же это не физический фактор, то он не может воздействовать на физическую систему. В настоящей работе рассматривается модель трансляции информации о реальности из системы бессознательного, представленного в виде состояний в пространстве Гильберта, в сознание в виде объектного пространственно-временного представления. Отметим, что квантовая система описывается волновой функцией, которая представлена в многомерном пространстве Гильберта, причем представление реальности в этом пространстве дает эффекты, схожие с явлениями нашего бессознательного. Напротив, в сознании реальность представлена в физическом пространстве-времени в объектном виде. Преобразование одного представления в другое дает те же соотношения неопределенности и другие эффекты, что и квантовая механика. Поскольку для системы сознания источником новой информации является то, что находится за его границей, если «не вводить лишних сущностей», единственную реальностью для него составляет бессознательное. Причем индивидуальные сознания могут быть связаны с коллективным бессознательным, как это предполагали психолог К. Юнг и физик В. Паули.