ОПТИЧЕСКАЯ НУТАЦИЯ

ОПТИЧЕСКАЯ НУТАЦИЯ

- колебательноеповедение процессов поглощения и испускания оптич. излучения, обусловленноеколебаниями разности населённостей уровней энергии вещества при его взаимодействиис сильным резонансным эл.-магн. полем. О. н. - нестационарный эффект, проявляющийся, <когда включение взаимодействия вещества с резонансным полем происходитза время, значительно меньшее времён релаксации квантового перехода (см. Двухуровневаясистема). Физ. природа О. н. заключается в следующем. Пусть в моментвремени t =0 мгновенно включается световое поле частота к-рого совпадаетс частотой разрешённого перехода между уровнями энергии а и b частиц вещества(атомов, молекул и т. д.). Под действием излучения разность населённостейэтих уровнен в отсутствие релаксации осциллирует с частотой Раби (d_ab- матричный элемент дипольного момента), т. е. квантовая система периодическипереходит из нижнего состояния в верхнее и обратно. Соответственно чередуютсяпроцессы поглощения и индуцир. испускания излучения. В результате световаяволна на выходе из среды оказывается промодулированной по амплитуде с частотой
Термин "нутация" заимствован из теориигироскопов. Его использование основано на том, что ур-ния для двухуровневойсистемы, описывающие эволюцию отклика вещества на воздействие резонансногоэл.-магн. излучения, в векторном представлении аналогичны ур-ниям для симметричноговолчка. Согласно этим ур-ниям, вектор Блоха, изображающий мгновенное состояниесистемы, прецессирует под действием излуче-нпя на интервалах времени .<<T₂ (T₂- время поперечной релаксации)вокруг определённого направления с частотой что соответствует изменению угла прецессии волчка, т. е. нутации. Нутационноедвижение вектора Блоха отражает колебательное поведение амплитуды наведённогополем ди-польного момента резонансной частицы и разности населённостейеё уровней энергии.
В оптически тонких средах эффект О. н. <проявляется в виде затухающих колебаний огибающей импульса резонансногоизлучения на выходе из среды. Причиной затухания в первую очередь являютсяпроцессы релаксации, к-рые приводят к уменьшению амплитуды нутационныхколебаний отклика резонансных частиц, а следовательно, и к постепенномууменьшению глубины модуляции прошедшей волны. Если линия резонансного переходауширена неоднородно, то значит. роль играет также т. н. когерентный механизмзатухания: нутационные колебания отклика частиц, имеющие разл. значенияw_ba происходят с разными частотами, что приводит к затуханию ср. по ансамблюосцилляции разности населёниостей и амплитуды резонансной поляризации.
Для регистрации эффекта О. н. используютсяразл. методы: возбуждение резонансного перехода мощными световыми импульсамис длительностью << T₂; включение взаимодействия оптпч. излучениясо средой при помощи настройки частоты перехода в резонанс с излучениемлазеров непрерывного действия за счёт штарковского сдвига (см. Штаркаэффект )спектральной линии в импульсном электрич. поле; быстрое переключениечастоты генерации лазеров. Кроме модуляции резонансного излучения эффектО. н. проявляется в виде колебаний фототока, обусловленного фотоионизациейвозбуждённых атомов, а также в виде колебаний интенсивности излучения, <генерируемого за счёт резонансных параметрич. взаимодействий. Своеобразноепроявление О. н . в оптически плотных средах - эффект самоиндуцированнойпрозрачности.
Эффект О. н. является основой ряда методовкогерентной лазерной спектроскопии. Его применение в первую очередьсвязано с возможностью прямых измерений матричных элементов квантовых переходов.
Эффект О. н. наблюдался также и в случаемногофотонных переходов - при двухфотонном поглощении (см. Многофотонноепоглощение )и вынужденном комбинац. рассеянии света.

Лит.: Маныкин Э. А., Самарцев В. <В., Оптическая эхо-спектроскопия, М., 1984; см. также лит. при ст. Двухуровневаясистемч.

К. П. Дрийович.

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