Единое окно доступа к образовательным ресурсам

Нелинейная интерференция

Голосов: 1

При большой интенсивности света, взаимодействующего с веществом в резонансных условиях, проявляется явление нелинейной интерференции. Этот процесс частично аналогичен хорошо известной обычной (линейной) интерференции. Рассмотрены основные свойства нелинейной интерференции.

Приведенный ниже текст получен путем автоматического извлечения из оригинального PDF-документа и предназначен для предварительного просмотра.
Изображения (картинки, формулы, графики) отсутствуют.
                           NONLINEAR                     НЕЛИНЕЙНАЯ ИНТЕРФЕРЕНЦИЯ
                       INTERFERENCE
                       E. A. MANYKIN                 щ. Д. еДзхдаз
                                                     еУТНУ‚ТНЛИ ЛМКВМВ МУ-ЩЛБЛ˜ВТНЛИ ЛМТЪЛЪЫЪ
                                                     (ЪВıМЛ˜ВТНЛИ ЫМЛ‚В ТЛЪВЪ)
                       When the matter interacts
                       with the light of great
                       intensity, nonlinear inter-          ЗЗЦСЦзаЦ
                       ference takes place. This                Явление интерференции в оптике хорошо изве-
                                                            стно, детально изучено и широко применяется в на-
                       process is partly analo-             учных исследованиях и современных технологиях.
                       gous to the well known               Достаточно упомянуть интерферометр Майкельсо-
                       ordinary (linear) interfer-          на, который сыграл решающую роль еще при созда-
                                                            нии специальной теории относительности, или ин-
                       ence. The main properties            терферометр Фабри–Перо, который имеет огромное
                       of nonlinear interference            значение в современной лазерной физике и оптике,
                       are described.                       в частности в интерферометрии и голографии.
                                                                Впервые явление интерференции в оптике бы-
                                                            ло обнаружено при возникновении окраски тон-
                       и Л ·УО¸¯УИ ЛМЪВМТЛ‚-                ких пленок еще в XVII веке Р. Бойлем и Р. Гуком, а
                       МУТЪЛ Т‚ВЪ‡, ‚Б‡ЛПУ‰ВИ-              И. Ньютон подробно ее изучил в отраженном свете
                                                            от длиннофокусной линзы на плоском стекле (зна-
                       ТЪ‚Ы˛˘В„У Т ‚В˘ВТЪ‚УП                менитые кольца Ньютона).
                       ‚ ВБУМ‡МТМ˚ı ЫТОУ‚Л-                     Интерференция – неотъемлемое свойство не
                       flı, Ф Уfl‚ОflВЪТfl fl‚ОВ-                только света, но и любых волновых процессов. Она
                       МЛВ МВОЛМВИМУИ ЛМЪВ -                состоит в следующем: если пучок лучей света от не-
                                                            которого монохроматического источника разделить
                       ЩВ ВМˆЛЛ. щЪУЪ Ф УˆВТТ               на два пучка, а затем направить их друг на друга так,
                       ˜‡ТЪЛ˜МУ ‡М‡ОУ„Л˜ВМ ıУ-              чтобы они пересеклись в некоторой области прост-
                        У¯У ЛБ‚ВТЪМУИ У·˚˜-                 ранства, то в области их перекрытия интенсивность
                                                            света в одних точках пространства будет превышать
                       МУИ (ОЛМВИМУИ) ЛМЪВ ЩВ-              их суммарную интенсивность, а в других – умень-
                        ВМˆЛЛ. к‡ТТПУЪ ВМ˚ УТ-              шаться вплоть до нуля. В этом случае говорят, что
                       МУ‚М˚В Т‚УИТЪ‚‡ МВОЛ-                имеет место своеобразная интерференционная кар-
                                                            тина, то есть чередование ярких и темных полос.
                       МВИМУИ ЛМЪВ ЩВ ВМˆЛЛ.
                                                                Интерференция возникает для монохроматиче-
                                                            ского света и прямым образом влияет на поглоще-
                                                            ние света в веществе. Поглощение максимально
                                                            там, где интенсивность света имеет максимальную
                                                            величину, то есть в так называемых пучностях ин-
                                                            терференционной картины. К тому же поглощение
                                                            света становится минимальным или вовсе исчезает
                                                            в тех местах, где интенсивность очень мала или рав-
                                                            на нулю, то есть в узлах интерференционной карти-
                                                            ны. Эту интерференцию принято называть линейной
                                                            интерференцией. Линейная интерференция реали-
                                                            зуется в полной мере, если разность фаз световых
                                                            волн сохраняется постоянной в течение всего про-
                                                            цесса взаимодействия света с веществом.
© е‡М˚НЛМ щ.Д., 1998




                                                                В реальных условиях фазы волн испытывают те
                                                            или иные изменения (флуктуации), так что если за
                                                            время взаимодействия или регистрации света эти
                                                            флуктуации нарушают постоянную разность фаз
                                                            волн, находящихся в условиях суперпозиции (то
                                                            есть при перекрытии волн в пространстве и во вре-
                                                            мени), то линейная интерференция сильно ослаб-
                                                            ляется вплоть до полного исчезновения. Общая


                                                     еДзхдаз щ.Д. зЦгазЦвзДь азнЦкоЦкЦзсаь                          89


     интенсивность сводится к сумме интенсивностей от      зЦгазЦвзДь азнЦкоЦкЦзсаь
     каждой световой волны. Кроме того, если частоты       З азокДдкДлзйе лЗЦнЦ
     колебаний световых волн сильно различаются, ска-          Нелинейная интерференция оптических волн и
     жем в два-три раза, то их суперпозиция не обладает    ее проявление в различных процессах, особенно в
     постоянной разностью фаз ни при каких условиях.       поглощении, наглядно объясняются на классичес-
     Общая интенсивность колеблется с чрезвычайно          кой модели ангармонического осциллятора. Такая
     большой частотой, так что реально существующие        модель часто применяется при описании взаимо-
     фотодетекторы не в состоянии зарегистрировать         действия волн инфракрасного диапазона с ионны-
     эти изменения во времени. В этом случае общая ин-     ми кристаллами, где не требуется привлекать прин-
     тенсивность также будет равна сумме интенсивнос-      ципы квантовой механики. Обычно в этих случаях
     тей отдельных световых волн. В этом смысле будет      считают, что ионы в кристалле под действием элек-
     отсутствовать интерференция волн существенно          трического поля инфракрасных волн совершают
     разных частот, например красный и синий свет не       вынужденные гармонические колебания вблизи не-
     интерферируют.                                        которых положений равновесия – узлов кристалли-
                                                           ческой решетки. С увеличением амплитуды инфра-
         Такое положение вещей сохранялось до начала       красной волны возрастает и амплитуда колебаний
     60-х годов этого столетия, когда был изобретен пер-   ионов и постепенно гармонические колебания ста-
     вый квантовый генератор оптического диапазона –       новятся ангармоническими, иначе говоря, несим-
     лазер на рубине, который стал первым источником       метричными. Дело в том, что в ангармоническом
     импульсов монохроматических световых волн с           осцилляторе помимо квазиупругой силы, которая
     длиной волны λ = 694 нм. Лазер на рубине испускал     равна f1 = − k1x, то есть линейно зависит от отклоне-
     мощный световой пучок лучей красного цвета с          ния (координаты осциллятора x), появляются до-
                                                           полнительные нелинейные силы, пропорциональ-
     предельно малой угловой расходимостью. Уже в
                                                           ные второй, третьей степени и т.д. по отклонению,
     1961 году было обнаружено, что при прохождении
                                                           то есть вида fi = kixi , где i = 1, 2, 3 и т.д.
     красного света рубинового лазера через пластинку
     кварца возникает пучок узкопараллельных лучей            Хорошо известен эффект резонансного возбуж-
     синего цвета длиной волны λ = 347 нм, то есть ров-    дения гармонического осциллятора. Когда частота
     но в два раза меньшей длины, чем для падающих на      периодических колебаний вынуждающей силы сов-
     кварцевую пластинку световых волн красного цве-       падает с собственной частотой колебаний осцилля-
                                                           тора, то его амплитуда колебаний неограниченно
     та. Таким образом, происходила, как теперь гово-
                                                           возрастает, если затухание осциллятора отсутствует.
     рят, генерация второй гармоники. Действительно,
                                                           Это идеальный случай. Практически всегда имеется
     поскольку произведение длины волны λ и частоты ν      некоторое затухание. Поэтому при резонансе амп-
     колебаний электромагнитных волн (а световые вол-      литуда осциллятора достигает конечного, но макси-
     ны есть электромагнитные волны) равно скорости        мального значения по сравнению с нерезонансным
     света в соответствии с известной формулой λν = c,     случаем. Это так называемый одночастотный резо-
     то частота колебаний синего света будет в два раза    нанс.
     больше, чем частота колебаний красного света. Это
                                                               Для ангармонического осциллятора известно,
     было моментом рождения нелинейной оптики в от-
                                                           что его можно раскачать с помощью вынуждающей
     личие от прежней линейной оптики, которая суще-       силы, частота которой в два-три и т.д. раза меньше
     ствовала в долазерную эпоху [1].                      собственной частоты осциллятора. Это следует из
         В нелинейной оптике хорошо известный ранее        приведенного выше свойства ангармонических ко-
                                                           лебаний, совершаемых под действием дополни-
     принцип суперпозиции световых волн, строго гово-
                                                           тельных нелинейных сил. Более того, ангармониче-
     ря, становится несправедливым. Именно в этих но-
                                                           ский осциллятор будет испытывать резонансное
     вых условиях может осуществляться новое по срав-      возбуждение под действием нескольких внешних
     нению с прежней оптикой явление – нелинейная          вынуждающих сил, если только сумма (разность)
     интерференция, для которой справедливы законы         частот колебаний внешних периодических сил сов-
     нелинейной оптики. Нелинейная интерференция           падет с собственной частотой осциллятора. Напри-
     означает, что при определенных условиях в принци-     мер, если ангармонический осциллятор подверга-
     пе возможна интерференция световых волн сущест-       ется воздействию двух внешних периодических сил
     венно разных частот, например упомянутого выше        с частотами ω1 и ω2 , так что ни одна из них не нахо-
     красного света рубинового лазера и синего света его   дится в резонансе с собственной частотой осцилля-
     второй гармоники.                                     тора ω0 , тем не менее при условии, что сумма или
                                                           разность этих частот ω1 ± ω2 = ω0 , возникает сильная
        Рассказать об этом более подробно и привести       резонансная раскачка осциллятора. Это двухчастот-
     примеры применений этого необычного нового на-        ный резонанс. При наличии трех внешних перио-
     правления в интерферометрии – цель данной статьи.     дических сил с частотами ω1 , ω2 и ω3 , таких, что


90                                                            лйкйлйЗлдав йЕкДбйЗДнЦгъзхв ЬмкзДг, ‹7, 1998


выполняется условие ω1 ± ω2 ± ω3 = ω0 , реализуется     одного электрона показывает, что амплитуды и фа-
трехчастотный резонанс. В общем случае ангармо-         зы волн можно подобрать так, что их общее дейст-
нический осциллятор допускает возможность осу-          вие подавляет движение электрона в определенном
ществления многочастотного резонанса. Двух- и           направлении.
трехчастотный резонансы суть частные случаи мно-
гочастотного резонанса.                                 иказсаих зЦгазЦвзйв азнЦкоЦкЦзсаа
    При многочастотном резонансе ангармоничес-          З ЗаСаейе СаДиДбйзЦ уДлнйн
кий осциллятор будет сильно резонансно раскачи-
                                                           Переходя к рассмотрению оптического диапазо-
ваться в соответствии с фазами внешних вынужда-
                                                        на, нужно заметить, что объяснение нелинейной
ющих сил. В отличие от одночастотного резонанса
                                                        интерференции, изложенное в предыдущем разделе
многочастотные резонансы можно создать различ-
                                                        с использованием классических моделей, может
ными способами. Рассмотрим случай, когда ангар-
                                                        служить лишь грубым качественным приближени-
монический осциллятор находится под воздействи-
                                                        ем для взаимодействия электронов со светом. Дело
ем трех сил f1 , f2 и f3 с частотами ω1 , ω2 и ω3
                                                        в том, что в рассматриваемой области адекватной
соответственно. Пусть сила f1 создает одночастот-
                                                        теорией является квантовая электродинамика. Тем
ный резонанс. Тогда ее частота колебаний равна
                                                        не менее можно описать суть нелинейной интерфе-
собственной частоте осциллятора, то есть ω1 = ω0 .
                                                        ренции пользуясь только программой физики в
Две другие силы пусть создают двухчастотный резо-
                                                        объеме средней школы и некоторыми положения-
нанс. В этом случае сумма их частот должна быть
                                                        ми квантовой теории, излагаемой на первом и вто-
равна частоте осциллятора, то есть ω2 + ω3 = ω0 . При
                                                        ром курсах технических университетов. Ограни-
совместном действии всех трех сил возможны две
                                                        чимся рассмотрением нелинейной интерференции,
экстремальные ситуации: 1) одно- и двухчастотный
                                                        которая влияет на процессы поглощения света и
резонансы совершаются синхронно, синфазно; 2)
                                                        фотоионизацию в веществе.
эти же резонансы совершаются в противофазе,
асинхронно. Очевидно, что в первом случае эффект           Для ее осуществления необходимо подобрать
раскачки осциллятора будет максимальным, во вто-        подходящую среду, в которой происходят поглоще-
ром случае – минимальным. Подбирая амплитуды            ние или ионизация света. Это может быть атомар-
сил f1 , f2 и f3 можно осуществить такое положение,     ный или молекулярный газ, примесные ионы в
при котором во втором случае действие первой си-        жидкостях или твердых телах или даже кристаллы
лы полностью компенсируется действием второй и          полупроводников и диэлектриков. Во всех этих ве-
третьей сил. Другими словами, одночастотный ре-         ществах поглощение света осуществляется за счет
зонанс будет компенсирован двухчастотным резо-          перевода электронов с низких энергетических уров-
нансом и ангармонический осциллятор останется в         ней на более высокие уровни энергии (в твердых те-
покое. Поглощение инфракрасных волн будет от-           лах и кристаллах такой переход электронов проис-
сутствовать. В первом случае, при синхронизации         ходит между энергетическими зонами).
резонансов, раскачка осциллятора будет происхо-             Сначала опишем прямой эксперимент, в кото-
дить вдвое быстрее, чем при реализации одного из        ром была убедительно продемонстрирована нели-
двух резонансов. На практике при взаимодействии         нейная интерференция между видимым и ультрафи-
трех таких когерентных волн инфракрасного диапа-        олетовым светом [2]. В общем виде он заключался в
зона с оптическими ветвями колебаний твердых тел        использовании лазерного света видимого диапазо-
или молекулярными колебаниями в жидкостях и га-         на с длиной волны λ1 = 554 нм и ультрафиолетовой
зах осуществляется нелинейная интерференция             волны с λ3 = 185 нм. Ультрафиолетовая волна имела
трех волн с частотами ω1 , ω2 и ω3 . В случае, когда    частоту ω3 точно в три раза больше, чем частота ω1
ω2 = ω3 , происходит нелинейная интерференция           видимого света: ω3 = 3ω1 . Оба пучка света направля-
инфракрасной волны определенной частоты и ее            лись в камеру, содержащую пары атомов ртути. Час-
второй гармоники, о чем шла речь во введении.           тоты волн были подобраны так, чтобы ультрафиоле-
    Приведенное выше описание, основанное на            товая волна осуществляла одночастотный резонанс,
принципах классической механики, справедливо            а видимый свет – трехчастотный резонанс с некото-
также для объяснения нелинейной интерференции           рой частотой атомного перехода ω0 . Одночастотный
электромагнитных волн, взаимодействующих с              резонанс в квантовой теории называют однофотон-
плазмой, то есть со свободными заряженными час-         ным. Иначе говоря, одночастотный резонанс, когда
тицами – электронами и ионами. В этом случае            ω3 = ω0 , соответствует элементарному процессу вза-
роль нелинейных добавочных сил играет сила Ло-          имодействия с атомом ртути, при котором погло-
ренца, пропорциональная векторному произведе-           щается один фотон (квант оптической волны) с
нию скорости электрона на вектор магнитного по-         энергией hω3 и атом переходит из основного состо-
ля. Эта сила значительно меньше прямого действия        яния с энергией Е0 в некоторое возбужденное со-
вектора электрического поля волны на заряд элек-        стояние с энергией Е1 , при этом разница Е1 − Е0 =
трона. Простой расчет на основе уравнений Ньюто-        = hω0 (h – постоянная Планка). Трехчастотный
на с силой Лоренца в электромагнитных полях для         резонанс, когда 3ω1 = ω0 , будет соответствовать


еДзхдаз щ.Д. зЦгазЦвзДь азнЦкоЦкЦзсаь                                                                          91


     элементарному процессу, при котором поглощают-             (рис. 2). Концентрация атомов ртути, находящихся
     ся сразу три фотона и атом возбуждается из состоя-         в возбужденном состоянии с энергией Е1 , регистри-
     ния с энергией Е0 в возбужденное состояние Е1 .            ровалась посредством двухфотонной ионизации
     Этот процесс называют трехфотонным.                        этого состояния излучением видимого света. Меняя
         На рис. 1 показана энергетическая схема одно- и        разность фаз между волнами наблюдали фототок,
     трехфотонного поглощения (переход атома ртути с            как это показано на рис. 3. Величина фототока из-
     состояния, обозначаемого особым символом-тер-              менялась между максимальным и минимальным
     мом 6s 1S0 и обладающего наинизшей энергией Е0 , к         значениями по синусоидальному закону, что являет-
     более высокому по энергии, возбужденному состо-            ся характерной чертой интерференции. Таким обра-
     янию Е1 , обозначаемому символом-термом 6p 1P1).           зом, в этом эксперименте была продемонстрирова-
     Такие же свойства элементарных процессов прису-            на нелинейная интерференция света существенно
     щи многофотонному резонансу, когда происходят              разных частот. Она явилась следствием конкурен-
     элементарные процессы с одновременным погло-               ции атомных переходов при поглощении фотонов
     щением или испусканием многих фотонов (см., на-            разных частот.
     пример, [3]).                                                 Сущность нелинейной интерференции и спосо-
         Конкретная процедура эксперимента заключа-             бы ее осуществления в оптике более корректно опи-
     лась в следующем. Пучок лазерных лучей с длиной            сываются в рамках современной квантовой физики.
     волны света λ1 пропускался через камеру с относи-          Пусть в некоторой среде распространяются не-
     тельно плотными парами ртути, где происходило              сколько оптических монохроматических волн су-
     частичное преобразование световой волны с дли-             щественно разных частот. В нелинейной оптике
     ной λ1 в волну третьей гармоники: возникала волна          важны трех- и четырехволновые процессы взаимо-
     ультрафиолетового диапазона с длиной λ3 = λ1 /3.           действия. В первом случае три волны ω1 , ω2 и ω3 свя-
     Далее обе волны направлялись в камеру с газом ато-         заны соотношениями типа ω3 = ω2 ± ω1 . К ним отно-
     мов аргона. Меняя плотность аргона можно было              сятся процессы генерации второй гармоники, когда
     изменять в широких пределах разность хода прохо-
     дящих через камеру световых волн видимого диапа-
     зона и ультрафиолета, то есть изменять разность                                                               +
     фаз между ними. Затем оба пучка света проходили                                            Аргон        Ртуть
                                                                             λ1   Ртуть    λ1           λ1                   λ1
     через камеру с относительно низким давлением                  Лазер
     ртути, где, собственно, и осуществлялась нелиней-                1
                                                                                    Hg     λ3    Ar     λ3    Hg             λ3
     ная интерференция волн с длинами λ1 и λ3 за счет                               2
                                                                                                 3                 −
     конкуренции одно- и трехфотонного поглощения                                                                      4

                                                                   Рис. 2. Схема эксперимента по наблюдению не-
                                                                   линейной интерференции: 1 – источник видимого
                                                                   света с длиной волны λ1 = 554 нм, 2 – преобразо-
                             hω1                                   ватель в третью гармонику (в ультрафиолетовую
                                                                   волну с длиной волны λ3 = 185 нм), 3 – аргоновая
                                                                   камера для изменения разности фаз между вол-
                                                                   нами с длинами волн λ1 и λ3 , 4 – камера с парами
                             hω1                                   ртути для реализации одно- и трехфотонного по-
                                                                   глощения
            6p1P1                                     E1

                                                                  Φ
                                     hω1



                    hω3
                                     hω1



                                     hω1
            6s1S0                                     E0
                                                                                                                       NAg

        Рис. 1. Энергетическая диаграмма однофотон-
        ного (hω3 = Е1 − Е0) и трехфотонного (3hω1 = E1 − E0)      Рис. 3. График зависимости ионизационного фо-
        поглощения в атоме ртути между основным состо-             тотока Φ, возникающего в камере 4 (см. рис. 2), от
        янием и возбужденным. Дополнительно в экспе-               концентрации аргона NAr . Сплошная линия – сину-
        рименте производилась двухфотонная ионизация               соида, описывающая типичную картину нелиней-
        возбужденного состояния (переход в непрерыв-               ной интерференции видимого и ультрафиолето-
        ный спектр энергии)                                        вого света



92                                                                 лйкйлйЗлдав йЕкДбйЗДнЦгъзхв ЬмкзДг, ‹7, 1998


ω2 = ω1 и, следовательно, ω3 = 2ω1 . Во втором случае    литуд различных многофотонных переходов в атом-
четыре волны с частотами ω1 , ω2 , ω3 и ω4 связаны со-   ной системе. В результате этого добиваются, что
отношениями типа ω4 + ω3 = ω2 + ω1 . К ним отно-         один тип поглощения частично или полностью ос-
сятся такие процессы, как, например, процесс гене-       лабляет другой. В последнем случае атомная систе-
рации третьей гармоники, когда ω1 = ω2 = −ω3 и,          ма остается в своем первоначальном, невозбужден-
следовательно, ω4 = 3ω1 .                                ном состоянии. В этом случае среда становится
   Во всех перечисленных выше случаях возможны           прозрачной для проходящего через нее света. Гово-
разнообразные многофотонные резонансы как в              рят, что происходит просветление среды. Это про-
модели ангармонического осциллятора, так и в ре-         светление имеет совершенно не такую природу, как
альных атомных системах (атомах, молекулах, кри-         хорошо известный ранее эффект насыщения. Более
сталлах), однофотонный резонанс осуществляется           подробно эти закономерности изложены в работе
единственным способом: частота волны должна              [4], где, собственно, впервые было предсказано яв-
быть равна частоте атомного перехода. В то же вре-       ление нелинейной интерференции.
мя многофотонный резонанс можно реализовать                 Подчеркнем, что при осуществлении нелиней-
разными способами, так как в этом случае суммы           ной интерференции обычная, линейная интерфе-
или разности многих частот вместе должны рав-            ренция не реализуется из-за существенного разли-
няться частоте атомного перехода. Поэтому при            чия частот световых волн.
многофотонном резонансе возникает множество
различных путей оптических переходов в атомной              В настоящее время известно большое число сред
системе, каждый из которых характеризуется своей         и процессов, где имеет место нелинейная интерфе-
амплитудой вероятности в соответствии с постула-         ренция. Особенно интересно было ее проявление
тами квантовой теории. А для амплитуд вероятнос-         при исследовании ионизации инертных газов (ксе-
тей по различным путям, но между одними и теми           нона, криптона и аргона) [5]. Оказалось, что по мере
же начальным и конечным состояниями квантовой            увеличения плотности газа степень ионизации во-
системы характерна квантовая интерференция. На-          преки ожиданию не увеличивалась, а постепенно
пример, в рассмотренном эксперименте атом ртути          уменьшалась вплоть до исчезновения. Позже стало
переходит из основного состояния в возбужденное          ясно, что это уменьшение происходит из-за того,
или в результате поглощения одного фотона ультра-        что в газе образовывалась волна утроенной частоты
фиолетового излучения, или в результате поглоще-         по отношению к частоте основной световой волны,
ния одновременно трех фотонов видимого света.            причем соответствующий однофотонный резонанс-
Согласно принципам квантовой теории, вероят-             ный переход был в антифазе с трехфотонным пере-
ность оптического перехода в этом случае будет оп-       ходом. Последний подавлялся первым в соответст-
ределяться суммой амплитуд a (10) и a (10) соответст-
                                 1       3               вии с изложенным выше физическим механизмом.
венно одно- и трехфотонного перехода по известной           У нас в стране великолепные эксперименты по
формуле                                                  нелинейной интерференции были выполнены в
                          (1)   (3) 2
                                                         Московском университете в середине 80-х годов [6].
                w 10 = a 10 + a 10 .               (1)   В результате был обнаружен эффект подавления
                                                         двухфотонного поглощения в парах натрия. При
Если раскрыть модуль и возвести в квадрат послед-
                                                         этом применялся нелинейно-оптический процесс
нее выражение, то получим, что
                                                         четырехволнового взаимодействия. Через пары нат-
              (1)   (3)                                  рия проходили пучки лучей света трех различных
       w 10 = w 10 + w 10 + интерференц. чл.       (2)
                                                         длин волн: λ1 = 1064 нм, λ2 = 612 нм, λ3 = 2220 нм. В
Здесь мы видим, что полная вероятность равна не          результате в парах натрия возникала четвертая вол-
просто сумме вероятностей перехода по каждому            на, частота которой равнялась сумме частот трех
пути, а имеются интерференционные члены. Это и           указанных волн. Причем волновой вектор четвер-
есть квантовая интерференция оптических перехо-          той волны оказался равным алгебраической сумме
дов, которая лежит в основе нелинейной интерфе-          волновых векторов трех других волн, то есть выпол-
ренции, являясь ее причиной. При однофотонном            нялось так называемое условие пространственного
резонансе обе амплитуды в формуле (1) пропорцио-         синхронизма. Это значительно просветляет среду в
нальны первой степени напряженности электриче-           больших объемах за счет нелинейной интерферен-
ского поля световой волны. Это свойство обычной,         ции. Двухфотонные резонансы в натрии создава-
линейной интерференции, например двух пучков             лись попарно. Частоты первых двух волн в сумме
света с разными направлениями распространения.           были равны частоте атомного перехода, а для треть-
При нелинейной интерференции резкость интер-             ей и четвертой волн это условие выполнялось для
ференционной картины нелинейно зависит от на-            разности их частот. Пространственный синхронизм
пряженности электрического поля световой волны,          позволял осуществить оба двухчастотных (двухфо-
осуществляющей многофотонный (в данном случае            тонных) резонанса таким образом, что они действо-
трехфотонный резонанс). Подбирая фазы и ампли-           вали в антифазе друг относительно друга. Этим спо-
туды световых волн изменяют знак и величину амп-         собом удалось в сто раз уменьшить первоначальное


еДзхдаз щ.Д. зЦгазЦвзДь азнЦкоЦкЦзсаь                                                                            93


     двухфотонное поглощение и достичь полного про-                     4. Маныкин Э.А., Афанасьев А.М. // Журн. эксперим. и
     светления паров натрия.                                            теорет. физики. 1967. Т. 52, № 5. С. 1246.
         Эксперимент, выполненный авторами работы                       5. Aron K., Johnson P.M. // J. Chem. Phys. 1977. Vol. 67.
     [6], убедительно подтверждал теоретически пред-                    P. 5099.
     сказанное явление просветления среды за счет мно-
     гофотонного резонанса [4], а в дальнейшем, как уже                 6. Красников В.В., Пшеничников М.С., Соломатин В.С. //
     было отмечено в начале статьи, эти факты были еще                  Журн. эксперим. и теорет. физики. 1987. Т. 92. С. 1578.
     раз тщательно проверены в прямом эксперименте
     [2], где изменялись фазы взаимодействующих волн
                                                                                                * * *
     при одно- и трехфотонном резонансе.
         Нелинейная интерференция представляет боль-                     Эдуард Анатольевич Маныкин, доктор физико-
     шой интерес как основа принципиально нового ме-                 математических наук, профессор Московского ин-
     тода интерферометрии. Она может служить основой
                                                                     женерно-физического института, зав. отделом Ин-
     для создания новых нелинейных интерферометров
     света, высокоскоростных модуляторов света, при                  ститута сверхпроводимости и физики твердого те-
     оптической обработке информации, в голографии и                 ла Российского научного центра “Курчатовский
     при управлении фотохимическими реакциями в ве-                  институт”, зам. главного редактора “Журнала экс-
     ществе.                                                         периментальной и теоретической физики”. Об-
                                                                     ласть научных интересов: физика полупроводни-
     ганЦкДнмкД                                                      ков и диэлектриков, теория сверхпроводимости,
        1. Делоне Н.Б. Нелинейная оптика // Соросовский Об-          лазерная физика, нелинейная оптика и оптоэлек-
        разовательный Журнал. 1997. № 3. С. 94–99.                   троника. Автор и соавтор свыше 150 научных работ,
        2. Ce Chen, Yi -Yian Yin, Elliott D.S. // Phys. Rev. Lett.
        1990. Vol. 64, № 5. Р. 507.
                                                                     в том числе шести монографий и учебных пособий,
        3. Делоне Н.Б. Многофотонные процессы // Соросов-            десяти патентов и изобретений, нескольких обзо-
        ский Образовательный Журнал. 1996. № 3. С. 75–81.            ров и популярных статей.




94                                                                      лйкйлйЗлдав йЕкДбйЗДнЦгъзхв ЬмкзДг, ‹7, 1998



    
Яндекс цитирования Яндекс.Метрика