Сверхизлучение - спонтанное излучение многоатомной системы
3/V раз, где
Q - добротность радиочастотного контура, ( - длина волны, V - объем
резонатора. Этот фактор может быть 100 или 1000. Таким образом длительность
импульса сверхизлучения в такой системе будет порядка миллисекунд.
Сверхизлучение в системе ядерных спинов сравнительно недавно наблюдалось в
объединенном институте ядерных исследований (Дубна) и Институте ядерной
физики РАН (Гатчина).
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Таким образом, видно, что сверхизлучение представляет собой
фундаментальное физическое явление, механизм которого объяснен теоретически
и существование которого подтверждено многочисленными экспериментами для
широкого круга явлений в различных диапазонах длин волн. Важно отметить,
что этот эффект принципиально отличается от лазерной генерации. В случае
сверхизлучения нельзя пользоваться представлениями о вынужденных переходах,
которые происходят независимо в каждом атоме под влиянием внешнего поля.
При сверхизлучении многоатомная система находится в когерентном состоянии,
в котором согласованны фазы волновых функций отдельных атомов, что приводит
к интерференции состояний отдельных атомов и сложению их дипольных
моментов. Общность и универсальность этого явления заключается в том, что
все оптические излучательные процессы, происходящие за время, меньшее
обратной ширины спектральной линии, имеют сверхизлучательный характер.
Кратко остановимся на некоторых перспективах применения этого
явления, которые нашли отражение в литературе. Давно обсуждается вопрос о
возможности наблюдения сверхизлучения на ядерных переходах, то есть в гамма-
диапазоне частот электромагнитного излучения. Получены теоретические оценки
параметров таких систем и выбраны возможные типы ядерных сиситем и размеры
кристалла, содержащие в необходимой концентрации радиоактивные ядра.
Принципиальную трудность представляет осуществление короткой накачки,
создающей инверсию.
Существует явление, в некотором смысле противоположное сверхизлучению
и получившее название субизлучение. Этот факт связан с возможностью
создания таких когерентных многоатомных состояний, излучение из которых
запрещено. Такие состояния уже наблюдались экспериментально. Вопрос в том,
как искусственно создать такие состояния и как переключать субизлучательный
канал на сверхизлучательный, чтобы запасенная в системе энергия могла быть
преобразована в энергию сверхкороткого импульса электромагнитного
излучения. Одна из идей заключается в использовании трехуровневой схемы
переходов. Субизлучательное состояние по отношению к переходу между парой
уровней может быть преобразовано в сверхизлучательное с помощью
«подмешивания» к одному из одноатомных рабочих состояний третьего состояния
с близким энергетическим уровнем. Причем это в принципе может быть
осуществлено когерентным импульсом микроволнового диапазона. Таким образом,
предлагается устройство, которое позволило бы управлять мощным
электромагнитным излучением с помощью низкоэнергетического уровня.
Другим важным объектом приложения концепции сверхизлучения является
лазер на свободных электронах. Лазер на свободных электронах (или
ондулятор) представляет собой устройство, в котором поток электронов
движущихся со скоростью, близкой к скорости света, приходит через
пространственно-периодическое магнитное поле. Под влиянием силы Лоренца
электроны испытывают ускорение в поперечном направлении и поэтому излучают
электромагнитные волны, сосредоточенные в узком конусе вдоль направления
своего основного движения. Это поле, взаимодействуя с электронами,
усиливает процесс излучения. Интенсивность выходящего излучения зависит от
соотношения фаз колебаний поля и электронов. В режиме высокого усиления
взаимодействие электронов с собственным полем излучения приводит к
корреляции фаз колебаний отдельных электронов. В результате интенсивность
излучения будет пропорциональна не числу излучающих электронов, а квадрату
этого числа. Хотя описанный процесс носит классический характер, была
обнаружена математическая аналогия его теории с теорией квантового
сверхизлучения, о котором рассказано выше. Ограничимся здесь этими
примерами.
Нет сомнения в том, что в дальнейшем появится новые области физики, в
которой сверхизлучение будет обнаружено, и что оно найдет широкое
практическое применение.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Dicke R.H. // Phys. Rev. 1954. V. 93. P. 99.
2. Skribanowitz N., Herman I.P., MacGillivray J.C., Feld M.S. // Phys. Rev.
Lett. 1973. V.30 № 8. P.309.
3. Трифонов Е.Д. Оптический аналог эффекта Мёссбауэра // Соросовский
Образовательный Журнал. 1996. № 11. С. 96-102
4. Florian R., Schwan L., Schmid D. // Phys. Rev.A.1984. V.29. № 5. P.2709.
5. Malikov R.F., Trifonov E.D. // Opt. Comm. 1984. V.52. №1. P.74.
6. Варнавский О.П., Киркин А.М., Леонтович А.М. и др. // Журн. экспкрим. и
теорет. физики. Т.86. № 4. С.1227.
7. Божанов Н.А., Буляница Д.С., Зайцев А.И. и др. // Там же. 1990. Т.97. №
6. С. 1995.
8. Benedict M.G., Ermolaev A.M., Malyshev V.A. et al. // Superradiance.
Bristol; Philadelphia: Inst. Phys. Publ., 1996. P.326
| | скачать работу |
Сверхизлучение - спонтанное излучение многоатомной системы |