Сибирский федеральный университет

Перевод названия: Quantum interference at bound-bound and bound-free transition

Тип публикации: отчёт о НИР

Год издания: 1997

Аннотация: Исследовано влияние эффектов квантовой интерференции на процессы усиления и генерации оптического излучения при резонансном взаимодействии нескольких лазерных полей с многоуровневыми атомными системами. Исследована роль ряда сопутствующих процессов, выполнен численный анализ некоторых случаев применительно к проводимым в связи с развитой теорией экспериментам. Основные результаты: 1. Исследовано влияние нелинейных интерференционных процессов на квантовых переходах в сильных резонансных электромагнитных полях с учётом движения заселенностей, процессов релаксации, некогерентного возбуждения, а также доплеровского уширения переходов на поглощение, усиление и преломление взаимодействующих излучений. Теория обобщена на случай нелинейного интерференционного взаимодействия двух сильных полей в открытых и замкнутых трехуровневых квантовых системах. С помощью матрицы плотности для стационарного взаимодействия получены общие выражения, позволяющие анализировать оптические характеристики для различных конфигураций интерферирующих переходов путем простой замены параметров. 2. Исследована возможность усиления излучения без инверсии насыщенных заселенностей на резонансном переходе. Сформулированы условия и на конкретных примерах показано, что при надлежащем изменении исходных заселенностей уровней и интенсивности дополнительного излучения показатель безинверсного усиления не уменьшается с ростом интенсивности усиливаемого излучения. 3. Исследовано взаимное влияние лазерно- индуцированных резонансов в энергетическом континууме, расщепления дискретных резонансов в поле нескольких сильных излучений, а также поглощения исходного и генерируемого злучений на процесс полностью резонансного параметрического преобразования в коротковолновый диапазон на однородно уширенных переходах. Показана возможность значительного увеличения мощности генерации за счет интерференционных процессов на квантовых переходах. 4. Исследовано влияние нелинейных интерференционных процессов и движения заселенностей в сильных электромагнитных полях а также доплеровского уширения на резонансное четырехволновое смешение частот в системе переходов типа рамановских. Рассмотрен случай, когда квантовая система взаимодействует с одним слабым полем и двумя сильными, причём каждый из уровней возмущается лишь одним сильным полем. Сильное поле в комбинации со слабым индуцирует внутриатомную когерентность, которая в совокупности с другим сильным полем является источником четырёхволновой генерации. Получены компактные выражения, позволяющие учесть эффекты сильных полей. Показано, что доплеровское уширение кардинально меняет вклад заселенностей различных уровней в исследуемый процесс и существенно влияет на выбор оптимальных конфигураций переходов и экспериментальных условий для эффективного резонансного четырехволнового преобразования излучений. В качестве иллюстрации приведены результаты численного анализа с использованием данных, близких к условиям экспериментов.p The effects of quantum interference on amplification and on nonlinear-optical generation of optical radiation at resonant coupling of several laser radiations with multilevel atomic systems are studied. The role of some accompanying processes is studied. Numerical analysis of some cases, relevant to the experiments, which have been stimulated by this theory is carried out. The main results are: 1. The influence of nonlinear interference processes at quantum transitions in strong resonant electromagnetic fields on an absorption, amplification and refraction of coupled radiations is investigated, taking into account drive of populations, processes of relaxation, incoherent excitation, and also Doppler broadening of transitions. The theory is generalized on a case of nonlinear interference interaction of two strong fields in open and closed three-level quantum systems. With the help of density matrix for stationary interaction common expressions are obtained allowing to analyze the optical characteristics for various configurations of interfering transitions by a way of simple substitution of parameters. 2. The possibility of an amplification of a radiation without inversion of saturated populations on resonance transition is investigated. The conditions are formulated and on concrete examples is shown, that at suitable change of the initial populations of levels and intensity of an additional radiation the index of an inversionless amplification does not decrease with growth of intensity of an amplified radiation. 3. The joint influence of laser-induced resonances in an energy continuum and splitting of discrete resonances in several strong fields on absorption of both fundamental and generated radiations as well as on the process of completely resonance parametric conversion into a short-wave range on homogeneously broadened transitions are investigated. The possibility of substantial growth of generation output is shown at the expense of interference processes on quantum transitions. 4. Effects of nonlinear interference processes, population transfer in strong electromagnetic fields and Doppler-broadening on resonant four-wave mixing in Raman-like energy level configuration are studied. Coupling of quantum system with two strong and one weak fields is considered. Strong field in combination with weak one induce intraatomic coherence, which is a source of four-wave mixing, being coupled with the another strong field. Explicit formulae, accounting for the effects of the strong fields, are derived. Crucial effect of Doppler-broadening on the contributions of different levels to four-wave mixing, which determine selection of optimal energy-level configuration and conditions for the experiments, is shown.p

• Попов А.К. (Красноярский Государственный Университет (КрасГУ))
• Александровский А.С. (Красноярский Государственный Университет (КрасГУ))
• Архипкин В.Г. (Красноярский Государственный Университет (КрасГУ))
• Баев А.С. (Красноярский Государственный Университет (КрасГУ))
• Калинин Н.В. (Красноярский Государственный Университет (КрасГУ))
• Кимберг В.В. (Красноярский Государственный Университет (КрасГУ))
• Кучин В.М. (Красноярский Государственный Университет (КрасГУ))
• Мысливец С.А. (Красноярский Государственный Университет (КрасГУ))

• РИНЦ (eLIBRARY.RU)