ПРОСВЕТЛЕНИЯ ЭФФЕКТ

ПРОСВЕТЛЕНИЯ ЭФФЕКТ

       

уменьшение скорости резонансного поглощения при увеличении интенсивности падающего на среду эл.-магн. излучения. Причина П. э. — насыщение резонансного перехода (выравнивание населённостей уровней энергии). С увеличением интенсивности излучения заселённости уровней среды выравниваются. Величина поглощения определяется в этом случае скоростью процессов релаксации, т. е. скоростью, с к-рой возбуждённый атом может передавать энергию возбуждения окружающей среде. Т. к. скорость релаксации определяется св-вами среды и не зависит от интенсивности падающего света, то с увеличением интенсивности излучения доля поглощаемой в среде энергии уменьшается — переход насыщается.

Помимо описанного механизма, возможен и другой, связанный со сдвигом края полосы поглощения в коротковолновую область. При этом насыщаются края зон, т. е. заполняются уровни вблизи дна зоны проводимости и потолка валентной зоны (см. ТВЁРДОЕ ТЕЛО). Такой механизм просветления характерен, в частности, для цветных стёкол.

Эффект просветления применяется в квант. электронике, где используется для модуляции добротности лазерных систем, синхронизации мод лазеров, генерации узких линий и др. (см. ТВЕРДОТЕЛЬНЫЕ ЛАЗЕРЫ).

Физический энциклопедический словарь. — М.: Советская энциклопедия. Главный редактор А. М. Прохоров. 1983.

ПРОСВЕТЛЕНИЯ ЭФФЕКТ

- увеличение прозрачности среды под действием интенсивных потоков эл.-магн. излучения. В большинстве случаев П. э. обусловлен уменьшением резонансного поглощения в веществе и, следовательно, проявляется лишь в определённой, часто весьма узкой области спектра.

Имеется неск. разл. физ. механизмов просветления. Наиб. распространённый из них - перераспределение населённостей квантовых уровней молекул вещества под действием резонансного излучения. Простейшим вариантом такого перераспределения является насыщения эффект. В этом случае с увеличением интенсивности падающего эл.-магн. излучения населённости нижнего и верхнего уровней резонансного перехода выравниваются, что ведёт к выравниванию скоростей поглощения и вынужденного испускания. В результате поглощаемая мощность стремится к пределу, определяемому только скоростью релаксац. процессов, связанных с передачей энергии окружающей среде (спонтанное испускание на резонансном переходе, излучат. и безызлучат. переходы на др. энергетич. уровни). При дальнейшем увеличении интенсивности поглощение уже не увеличивается, а следовательно доля мощности эл.-магн. волны, поглощённая средой, уменьшается; среда становится прозрачной. Просветление вследствие насыщения имеет место как в поле непрерывного излучения, так и в поле импульсов, длительность к-рых существенно превышает время поперечной релаксации T₂ (см. Двухуровневая система).

В общем случае следствием перераспределения населённостей является уменьшение поглощения как эл.-магн. волны, вызывающей это перераспределение (эффект самопросветления), так и др. потоков излучения с частотами, резонансными квантовым переходам, для к-рых результирующая разность населённостей уровней также уменьшается. Напр., насыщению одного из переходов, как правило, сопутствует П. э. на переходах, имеющих общий нижний уровень с насыщаемым.

В конденсиров. средах под действием интенсивного излучения при межзонном поглощении происходит опустошение уровней энергии вблизи потолка валентной зоны и заполнение уровней вблизи дна зоны проводимости. В этом случае П. э. имеет характер сдвига полосы поглощения в КВ-область. При этом возможно появление даже усиления в нек-ром интервале частот вследствие образования инверсной населённости. Такой механизм характерен, в частности, для цветных стёкол. Именно этим механизмом просветления объяснён С. И. Вавиловым (1923) эффект уменьшения поглощения света урановым стеклом при увеличении интенсивности проходящего света. Сходное поведение поглощения обнаруживается и для электронно-колебат. полос сложных молекул.

Просветление среды в области резонансного поглощения может быть связано со штарковским сдвигом частоты квантового перехода в поле эл.-магн. волны (см. Штарка эффект). Кроме того, причиной П. э. могут явиться также фотофиз. и фотохим. превращения в среде под действием падающего излучения (фотоионизация, фотодиссоциация, хим. реакции), приводящие к уменьшению общего числа частиц, поглощающих на заданной частоте.

Иной характер имеет П. э. в поле коротких импульсов, длительность к-рых меньше времён релаксации резонансного перехода. В этом случае возможен т. н. эффект самоиндуцированной прозрачности, когда вследствие когерентности взаимодействия энергия, поглощаемая веществом из передней части импульса, полностью возвращается импульсу на его заднем фронте.

Все перечисленные механизмы могут вызывать П. э. и при многофотонном поглощении. Кроме того, в этом случае возможно просветление вследствие нелинейной интерференции разл. процессов возбуждения. Напр., возбуждение перехода при трёхфотонном поглощении излучения с частотой может быть подавлено действующим в противофазе процессом однофотонного возбуждения в поле излучения на частоте третьей гармоники 3w. При этом "выключается" как трёхфотонное, так и однофотонное поглощение. Аналогичные эффекты возникают и при двухфотонном поглощении. П. э. такой природы наз. интерференционным (иногда - парамет-рическим) просветлением.

Матем. описание П. э. зависит от механизма просветления, а также от спектральных и временных характеристик излучения. При однофотонном поглощении мо-нохроматич. излучения П. э. описывается ур-нием

где I - интенсивность волны в точке z, k(I)- показатель поглощения, зависящий от интенсивности. Вид ф-ции k(I )определяется конкретным физ. механизмом просветления и характером уширения линий (или полос) поглощения. Напр., если П. э. обусловлен насыщением и линия поглощения уширена однородно, то k(I)= k₀/(1+aI); здесь k₀ - показатель поглощения, к-рый фигурирует в законе Бугера (см. Бугера- Ламберта - Вера закон), а - константа насыщения. П. э. играет большую роль в квантовой электронике и нелинейной оптике: ячейки с просветляющимся веществом используются для т. н. пассивной модуляции добротности и синхронизации мод лазеров, формирования коротких импульсов в лазерных усилителях и т. п. П. э. в газовых средах, помещённых в резонатор лазера и обладающих доплеровски уширенной линией поглощения на частоте генерации, используется для стабилизации частоты и сужения линий генерации. В нелинейной спектроскопии наблюдение П. э. в неоднородно уширенных линиях поглощения является одним из методов регистрации спектров с высоким разрешением.

Лит : Маныкин 3. А., Афанасьев А. М., Об одной возможности "просветления" среды при многоквантовом резонансе, "ЖЗТФ", 1967, т. 52, с. 1246; Аникин В. И. и др., К теории сложения частот в резонансных условиях, "Квантовая электроника", 1976, т. 3, с. 330; Красников В. В., Пшеничников М. С., Соломатин В. С., Параметрическое просветление среды при резонансном четырёхволновом взаимодействии, "Письма в ЖЭТФ", 1986, т. 43, с. 115; см. также лит. при ст. Нелинейная оптика. К. Н. Драбович.

Физическая энциклопедия. В 5-ти томах. — М.: Советская энциклопедия. Главный редактор А. М. Прохоров. 1988.