Когерентные переходные процессы в оптике

Description

В монографии излагаются физические принципы формирования оптических когерентных переходных процессов в газах и примесных твердотельных образцах. Основное внимание уделено явлению фотонного эха и оптической эхо-спектроскопии. Подавляющая часть книги посвящена когерентной оптической спектроскопии газовых сред. В последней главе монографии, посвященной эхо-спектроскопии примесных твердотельных материалов, показано различие между методами когерентной спектроскопии газовых и твердотельных сред. Существенное внимание уделено разработкам оптических эхо-процессоров, в том числе квантовых. Монография может служить учебным пособием для студентов и магистрантов физических факультетов государственных университетов. Она также предназначена широкому кругу специалистов и аспирантов в области когерентной оптики и квантовой электроники Предисловие......Page 3 1.1 Историческое введение и терминология......Page 7 1.2. Природа когерентного отклика в газе двухуровневых атомов......Page 10 1.3 Модели эха в двухуровневой системе......Page 11 1.4 Особенности КПП в оптическом диапазоне......Page 13 1.5 Особенности граничной задачи для уравнения Власова и ее реше¬ние методом интегрирования по начальным данным......Page 14 1.6 Когерентные отклики в газах......Page 16 1.6.1 Роль продольного теплового движения......Page 18 1.6.2 Поперечное движение.......Page 20 1.7 Разновидности КПП и методы их формирования......Page 22 1.7.1 Методы формирования КПП......Page 23 1.7.2 Разновидности фотонного эха в газе......Page 26 Литература к главе 1......Page 39 2.1.1 Методы формирования КПП......Page 44 2.1.2 Основные уравнения......Page 56 2.1.3 Особенности формирования ФЭ в газах......Page 59 2.1.4 Характерные параметры теории ФЭ......Page 67 2.1.5 Особенности формирования СФЭ в газах......Page 72 Литература к разделу 2.1 главы 2......Page 78 2.2 Поляризационная эхо-спектроскопия......Page 81 2.2.1 Методы формирования КПП......Page 84 2.2.2 Условия на параметры импульсов для измерения однородной полуширины резонансной спектральной линии......Page 98 2.2.3 Возможность измерения релаксационных характеристик октупольного момента резонансного перехода......Page 103 2.2.4 Возможность измерения ре¬лаксационных характеристик квадрупольного момента резонансно¬го перехода......Page 106 2.2.5. Возможность исследования зависимости......Page 108 2.2.6. от направления скорости движения резонансных атомов (моле¬кул)......Page 113 2.2.7. Возможность измерения релаксационных характеристик мультипольных моментов оптически запрещенных переходов......Page 116 2.2.8. Измерение времен релаксации населенности, ориентации и выстраивания уровней резонансных переходов......Page 128 2.2.9. Возможность измерения времени жизни верхнего резонанс¬ного состояния по отношению к спонтанному распаду в ниж¬нее резонансное состояние......Page 143 2.2.10 Поляризационная эхо-спектроскопия атомов с отличным от нуля спином ядра......Page 150 2.2.11 Достоинства метода поляризационной эхо-спектроскопии га¬зовых сред......Page 154 Литература к разделу 2.2 главы 2......Page 156 2.3.1. Эффект корреляции формы сигналов ФЭ и его разновидно¬стей в двух- трех- и четырехуровневых системах......Page 161 2.3.2. Ме¬ханизмы формирования долгоживущего стимулированного фотон¬ного эха......Page 169 2.3.3. Оптическая обработка информации на основе фотонного эха в газовых средах......Page 176 Литература к разделу 2.3 главы 2......Page 180 3.1. Особенности спектральных переходов атомов и молекул в разреженных газах......Page 185 3.2.1. Неоднородное уширение......Page 189 3.2.2. Пролетный эффект......Page 191 3.3.1. Радиационное уширение линий поглощения разреженных га¬зов......Page 193 3.3.2. Столкновительные каналы релаксации......Page 195 3.4. Исследование столкновительной релаксации в молекулярных газах......Page 198 3.4.1. Вращательная релаксация и упругое рассеяние в газах SF6,HCOF и l5NH3......Page 200 3.4.2. Упругое и неупругое рассеяние в сме¬сях SFe с буферными газами......Page 204 3.4.3. Столкновения со сбоем фазы в молекулярных газах......Page 205 3.5.1. Исследование Г(г;2) методом ФЭ......Page 209 3.5.2. Исследование r(vz) методом ФЭСВ......Page 211 3.6. Исследование деполяризующих столкновений......Page 213 3.7. Исследование столкновений в атомарных газах......Page 221 3.7.1. Методы ФЭ и СФЭ с высоким спектральным разрешением в исследовании атомных столкновений......Page 222 3.7.2. Исследование упругих и деполяризующих атомных столкновений методом СФЭ с помощью импульсных лазеров......Page 223 3.7.3. Уширение атомных переходов, исследованное с применением различных модифика¬ций фотонного эха......Page 225 3.7.4. Столкновительное ФЭ в иттербии......Page 226 3.8.Исследование молекулярной динамики в реальном времени с помощью фемтосекундного ФЭ в газе......Page 229 3.9.Спектроскопия высокого разрешения газовых сред на основе фотонного эха......Page 230 3.9.1. Метод когерентной бездоплеровской спектроскопии газов......Page 233 3.9.2. Когерентная спектроскопия высокого разре¬шения......Page 237 3.9.4. Селекция медленных частиц методами ФЭ......Page 243 Заключительные замечания к главе 3......Page 247 Литература к главе 3......Page 248 4.1 Общая характеристика техники экспериментального исследования КПП в газах......Page 255 4.2.1. Применение непрерывных ИК лазеров......Page 257 4.2.2. Исполь¬зование непрерывного лазера на красителе......Page 261 4.3Применение импульсных лазеров видимого диапазона......Page 262 4.3.2. Установка для КПП в парах иттербия......Page 263 4.4.1. Техника штарковского переключения молекулярных уровней......Page 267 4.4.2. Регистрация ФЭ, сформированного на «одетых» молекулярных уровнях......Page 268 4.5. Техника формирования ФЭ сверхкороткими импульсами излучения......Page 269 4.5.1.Получение фемтосекундных импульсов излучения......Page 271 4.5.2.Измерение фемтосекундных импульсов......Page 276 4.5.3. Фемто-секундное СФЭ в газе......Page 280 Литература к главе 4......Page 281 Глава 5. Некоторые прикладные аспекты сигналов фотонного эха в газах......Page 286 5.1 Условия пространственного синхронизма сигналов стимулированного и обращенного фотонного эха в газовой среде......Page 287 5.2 Оптическая эхо-интерферометрия......Page 290 5.3. Обращение волнового фронта и оптическая эхо-голография в газовых средах......Page 292 5.4. Четырехмерная оптическая эхо-голография в газах......Page 296 5.5. Кодовое разделение каналов и ассоциативная выборка информации в оптической памяти на основе фотонного эха......Page 301 5.6. Физические принципы функционирования оптических газовых эхо-процессоров и обработка оптической информации......Page 306 5.7. Газовые эхо-лидары......Page 309 Литература к главе 5......Page 312 Глава 6. Некоторые свойства КПП в газах и влияние внешних полей......Page 316 6.1. Корреляция формы ФЭ и СФЭ в газе с формой возбуждающих импульсов......Page 317 6.3.1. Теоретические работы по нефарадеевскому повороту плоско¬сти поляризации ФЭ в газе......Page 321 6.3.2. Ранние эксперименталь¬ные исследования поляризации ФЭ и СФЭ в газах в продольном магнитном поле......Page 325 6.3.3. Нефарадеевский поворот плоскости поляризации ФЭ в парах иттербия......Page 327 6.3.4. Поляризация СФЭ в парах иттербия в продольном магнитном поле......Page 328 6.4. Когерентный контроль ФЭ и ЗСП......Page 332 6.4.2. Стандартный метод штарковского переключения уровней: влияние интенсивно¬сти излучения......Page 334 6.4.3. Расчеты ЗСП в газе в присутствии интенсивного излучения......Page 336 6.4.4. ЗСП и оптические нутации в присутствии сильного и слабого излучений......Page 342 6.5. Заключительные замечания к главе 6......Page 346 Литература к главе 6......Page 348 Глава 7.Устройства оптической фазовой и квантовой памяти на газовых носителях информации. Газовые эхо-процессоры......Page 352 7.1. Модель Хопфилда-Литтла и ее первая экспериментальная реали¬зация в оптике......Page 353 7.2. Модель оптической нейронной сети на основе стимулированного фотонного эха с временным кодированием данных......Page 357 7.3. Обработка оптической информации в режиме стимулированного фотонного эха и ассоциативная оптическая фазовая память......Page 360 7.4. Методы обработки оптической информации в газовых эхо-процессорах путем ЛЧМ-модуляции возбуждающих импульсов......Page 368 7.5. Одна из разработок оптического газового эхо-процессора......Page 378 7.6. Разработки квантовых газовых эхо-процессоров......Page 388 7.7. Заключительные замечания к главе 7......Page 393 Литература к главе 7......Page 394 Глава 8.Оптическая когерентная спектроскопия материалов, перспективных для твердотельных эхо-процессоров......Page 397 8.1.1. Сигналы первичного и стимулированного фотонного эха. Условия пространственного синхронизма......Page 399 8.1.2. Низкотемпе¬ратурные оптические эхо-спектрометры......Page 401 8.1.3. Обращенный режим постановки оптических эхо-экспериментов......Page 403 8.1.4. Об¬ращенное фотонное эхо в рубине......Page 406 8.1.5. Обращенные сигна¬лы ФЭ в корунде, обогащенном только ионами изотопа Сг......Page 410 8.1.6. Оптическая эхо-спектроскопия кристалла рубина в режи¬ме двойных резонансов......Page 412 8.1.7. Некогерентное обращенное фотонное эхо (НОФЭ) в концентрированном рубине в условиях, когда один из возбуждающих импульсов подан по оптическому волокну......Page 414 8.1.8. Обращенное фотонное эхо в кристалле LuLiF4:Er3+ в слабых магнитных полях......Page 417 8.2.1. Физические принципы формирования долгоживущего фо¬тонного эха. Первые эксперименты по наблюдению этого явле¬ния в ван-флековских парамагнетиках......Page 424 8.2.2. Долгоживу¬щее стимулированное фотонное эхо в кристалле Pr3+:LaF3......Page 426 8.2.3. Кодирование временной формы и волнового фронта сиг¬налов ДСФЭ в кристалле Pr3+:LaF3. Многократное считывание кодированных сигналов ДСФЭ с локальной области кристал¬ла......Page 428 8.2.4. Некоторые примеры разработок низкотемпера¬турных оптических эхо-процессоров с носителями информации из класса ван-флековских парамагнетиков......Page 430 8.2.5. Фотонное эхо в кристалле Tm3+:YAG и разработки современных эхо-процессоров на этом носителе информации......Page 433 8.3. Высокотемпературная фемтосекундная эхо-спектроскопия примесных аморфных сред......Page 436 8.3.1. Особенности спектров активированных полимеров и сте¬кол......Page 440 8.3.3. Высокотемпературная фемтосекундная эхо-спек¬троскопия полимерной пленки, легированной молекулами красите¬ля......Page 448 8.3.4. Одна из возможных схем высокотемпературного фемтосекундного эхо-процессора......Page 453 8.3.5. Угловая фемтосе¬кундная спектроскопия и использование пространственных свойств сигналов фотонного эха в эхо-спектроскопии легированных аморф¬ных материалов......Page 457 8.3.6. Фемтосекундная спектроскопия че-тырехволнового смешения......Page 460 Литература к главе 8......Page 468