АТОМ В ПОЛЕ ИЗЛУЧЕНИЯ МНОГОЧАСТОТНОГО ЛАЗЕРА Н. Б. Делоне, В. А. Коварский, А. В. Масалов, Η. Ф. Перельман СОДЕРЖАНИЕ 1. Введение 617 2. Основные свойства многочастотного лазерного излучения 619 3. Степенные процессы в немонохроматическом поле 623 4. Возмущение атомного спектра в немонохроматическом поле 627 а) Резонансное возмущение атомных уровней (628).б) Нерезонансное возмущение атомных уровней (631). 5. Многофотонное возбуждение атомов 633 6. Нелинейная ионизация атомов 634 а) Прямой процесс многофотонной ионизации атомов (635).б) Туннельный эффект в переменном поле (638).в) Резонансный процесс ионизации атома (640).1. Резонансная ионизация излучением с узким спектром (644).2. Резонансная ионизация излучением с широким спектром (647).7. Заключение 649 Цитированная литература 651 1. ВВЕДЕНИЕ
АТОМ В ПОЛЕ ИЗЛУЧЕНИЯ МНОГОЧАСТОТНОГО ЛАЗЕРА Н. Б. Делоне, В. А. Коварский, А. В. Масалов, Η. Ф. Перельман СОДЕРЖАНИЕ 1. Введение 617 2. Основные свойства многочастотного лазерного излучения 619 3. Степенные процессы в немонохроматическом поле 623 4. Возмущение атомного спектра в немонохроматическом поле 627 а) Резонансное возмущение атомных уровней (628).б) Нерезонансное возмущение атомных уровней (631). 5. Многофотонное возбуждение атомов 633 6. Нелинейная ионизация атомов 634 а) Прямой процесс многофотонной ионизации атомов (635).б) Туннельный эффект в переменном поле (638).в) Резонансный процесс ионизации атома (640).1. Резонансная ионизация излучением с узким спектром (644).2. Резонансная ионизация излучением с широким спектром (647).7. Заключение 649 Цитированная литература 651 1. ВВЕДЕНИЕ
МНОГОФОТОННАЯ ИОНИЗАЦИЯ АТОМОВ Н. В. Делоне СОДЕРЖАНИЕ Введение 361 1. Специфические черты процесса многофотонной ионизации атомов 362 а) Теория Келдыша (362).б) Прямой процесс ионизации (364).в) Резонансный процесс ионизации (364).г) Спектр квазистационарных состояний системы атом -\-световое поле (364).д) Процессы, приводящие к ионизации атома в сильном световом поле (367).2. Теоретические методы описания процесса ионизации атома в световом поле 368 а) Используемые методы и области их применения (368).б) Метод теории возмущений (369).в) Квазиклассический метод (375).г) Заключение (376).3. Постановка эксперимента 377 а) Конкурирующие эффекты (377).б) Фоновые эффекты и их устранение (378).в) Диапазон изменения напряженности поля, при которой можно изучать нелинейный эффект (378).г) Измерение степени нелинейности, вероятности и сечения процесса многофотонной ионизации атомов (379).д) Лазерное излучение (382).е) Типичная постановка эксперимента (382).4. Прямой процесс многофотонной ионизации 384 а) Условия реализации (384).б) Наблюдение прямого процесса (384).в) Сечения прямого процесса ионизации (386).г) Основные итрги исследований (388). 5. Резонансный процесс многофотонной ионизации 389 а) Экспериментальные методы (390).1) Наблюдение частотной зависимости выхода ионов при фиксированной напряженности поля (390).2) Наблюдение зависимости выхода ионов от напряженности поля при фиксированной частоте излучения (391).3) Наблюдение зависимости величины к -д lg А г /д lg Q от частоты излучения (391).-б)Результаты исследования резонансного процесса ионизацпи (392).1) Идентифицируемые резонансы (393).2) Резонансы в эллиптически поляризованном поле (395).3) Резонансный процесс ионизации при большой напряженности поля.Неидентифицируемые резонансы .(396).-в)Основные итоги исследований (397).Заключение 398 Цитированная литература 399 ВВЕДЕНИЕ Взаимодействие атома с квантами света -фотонами -является одной из наиболее изученных глав физики микромира, стимулировавшей в начале века развитие квантовой механики.Однако за редкими исключениями все процессы, исследованные до последнего времени, были связаны с поглощением атомным электроном одного фотона.Рассмотрение однофотонных процессов определило всеобщий характер законов Эйнштейна, а также красной границы фотоэффекта.Между тем всегда было ясно, что, строго говоря, красная граница отсутствует, являясь не 1 УФН, т. 115, вып. 3 @ Главная редакция физико-математической литературы издательства «Наука», «Успехи физических наук», 1975 г. *) См., например, обзор 62 .*•) См., например, монографию 63
УСПЕХИ ФИЗИЧЕСКИХ HAVE "539.184.2ЛАЗЕРНОЕ ДЕТЕКТИРОВАНИЕ ЕДИНИЧНЫХ АТОМОВ В. И. Балыкин, Г. И. Беков, В. С. Летохов, В. И. Мишин СОДЕРЖАНИЕ 1. Введение 293 а) Классификация методов (294).б) Постановка задачи (295).в) Используемые лазеры с перестраиваемой длиной волны (297) 2. Флуоресцентное детектирование атомов 298 а) Многократное переизлучение атомом фотонов (298).б) Источники фона и его дискриминация ( 300). 1) Случай \> фл = ν π (300); 2) Случай \фл φ у л (301).в) Селективность детектирования (303).г) Обсуждение экспериментов (307).1) Атомы в паре (307); 2) Атомы в буферном газе (308); 3) Атомы в пучке (310).д) Абсолютная чувствительность (315).е) Дополнительные возможности метода (317).3. Фотоионизационное детектирование5 атомов 317 а) Многоступенчатая фотоионизация атомов (318).1) Нерезонансная фотоионизация возбужденных атомов (320); 2) Резонансное ьозбуждение высоко лежащего ридберговского состояния и ионизация его электрическим полем (321); 3) Резонансная ионизация атома через автоионпзационное состояние (322).б) Источники фона и его дискриминация (325).в) Селективность детектирования (32В).г) Обсуждение экспериментов (328).1) Атомный пар (329); 2) Атомы в буферном газе (329); 3) Атомы в пучке (330).д) Абсолютная чувствительность (332).е) Дополнительные возможности (336).-4.Детектирование атомов методом отклонения 336 а) Отклонение атомов в магнитном поле (336).б) Отклонение атомов резонансным световым давлением (338).в) Возможные комбинации методов (340).•5. Заключение.Примене •
1. Введение.К настоящему времени, благодаря интенсивному раз витию лазеров, появилась возможность практического исследования в широком диапазоне частот излучения нелинейного взаимодействия атомных систем с электромагнитным излучением.Результатами такого взаимодействия может быть, в частности, нелинейное рассеяние света и многофотонная ионизация.Имеются обширные теоретические и экспериментальные исследова ния нелинейного взаимодействия атомов с сильным световым полем 3].Настоящий обзор посвящен нелинейным процессам в отрица тельных ионах, которые исследованы значительно менее подробно.Следует отметить, что энергия сродства атома к электрону всегда меньше его первого потенциала ионизации.Следовательно, для излуче ния лазера с определенной частотой процесс нелинейного фотораспада отрицательного иона всегда имеет меньший порядок нелинейности, чем процесс ионизации атома.В табл.I приведены степени нелинейности фотораспада различных отрицательных ионов для частот излучения различных лазеров.Указанные в табл.I энергии сродства взяты из ра боты [4].Остановимся сравнительно кратко на особенностях строения отри цательных ионов.Принципиальное отличие отрицательных ионов от атомов заключается в строении внешней оболочки, которая может содержать p или электрон.При переходе к внутренним оболочкам отличия отрицательного иона от атома стира ются.Поэтому всюду, где это не будет нарушать целостности изложе
КОЛЛЕКТИВНОЕ СПОНТАННОЕ ИЗЛУЧЕНИЕ (СВЕРХИЗЛУЧЕНИЕ ДИКЕ) А. В. Андреев, В. И. Емельянов, Ю. А. Ильинский СОДЕРЖАНИЕ 1. Введение 2. Сверхизлучение систем с размерами меньше длины волны излучения . . . .3. Сверхизлучение протяженных систем а) Общие соображения (660).б) Одномодовая модель сверхизлучения (661).в) Квантовая миогомодовая теория сверхизлучения (662).1) Условия возникновения эффекта (663); 2) Анализ решения системы уравнений многомодового сверхизлучательного распада (666); 3) Сверхизлучение в слабоусиливающих средах (667); 4) Осцилляторный режим сверхизлучения (669); 5) Сверхизлучение неоднородно уширенных систем (670); 6) Конкуренция коллективных и спонтанных процессов (672).г) Полуклассическая теория сверхизлучения.Учет пространственного изменения огибающей поля (673).д) О роли флуктуации при сверхизлучательном распаде (блоховское представление) (674).4. Сверхизлучение в коротковолновом диапазоне 676 а) Сверхнзлученг J в гамма-диапазоне (676).б) Сверхизлучение в рентгеновском диапазс.ге(677). 5. Экспериментальное исследование сверхпзлучения а) Сверхнзлучение на вращательных переходах молекул (679).б) Сверхизлучение на оптических переходах атомов (680).6. Сверхизлучение при комбинационном рассеянии света (многомодовая теория) 683 Основные уравнения теории СИКР и анализ их решения (684) 7. Заключение 691 Дополнение.Фазовый переход в равновесной системе двухуровневых атомов, взаимодействующих через электромагнитное поле 692 Цитированная литература 693 1. ВВЕДЕНИЕВ своей основополагающей работе г Дике в 1954 г. показал, что система N инвертированных двухуровневых атомов может спонтанно перейти в основное состояние за время, обратно пропорциональное числу атомов т с ~ 1A/V.Этот эффект обусловлен наведением корреляций между моментами перехода пространственно разделенных излучателей, взаимодействующих друг с другом через поле излучения.В результате атомы, находящиеся в макроскопически большом объеме, излучают когерентно.Поскольку полная энергия, излучаемая коллективом TV атомов, равна ΝΗω 0 , где ω 0 -частота перехода, то интенсивность излучения 7~ JVUco o /i: c ~ iV 2 .Такое излучение получило название коллективного спонтанного излучения или сверхизлучения (СИ) Дике *).В случае обычного спонтанного *) В зарубежной литературе помимо этого названия испол!:ι ется такж термин «суперфлуоресценция».