principy_nelinejnoj_optiki_1989 (769482), страница 84
Текст из файла (страница 84)
Однако детальный расчет спектра в модели «одетого» атома с учетом случайной релаксации оказывается таким же сложным, как и в модели «голого» атома. 22.4 Результаты экспериментов Индуцированное оптическим полем уширение линии, ее сдвиг и расщепление являются проявлением оптического эффекта Штарка. Сходные эффекты давно наблюдались в микроволновой спектроскопии. С появлением лазеров эти эффекты можно легко наблюдать и в оптическом диапазоне. Индуцированное лазером насыщение, сопровождающееся уширением линии, стало основой спектроскопии насыщения (см. раздел 13.3). Сдвиг уровней за счет оптического эффекта Штарка, возникающий даже в случае сравнительно слабого взаимодействия поля с атомом, также интенсивно исследовался.
При использовании мощных лазеров, даже когда их частота лежит очень далеко от реаонанса, все же удается наблюдать сдвиг линии, обусловленный оптическим эффектом Штарка. Пример 402 приведен на рис. 22.6, где отчетливо виден сдвиг вращательного перехода Я(3) в молекулярном водороде (1034,5 см ') на 0,12 см ', индуцированный импульсом лазера на г)ц: УАС с модуляцией добротности с длиной волны 1,06 мкм и пиковой интенсивностью 8 10" Вт/смт (12).
В случае силъного взаимодействия атома с полем, получаемого при резонансном или околорезонансном лазерном возбуждении, происходит расщепление уровней за счет оптического эффекта Штарка. Оно наблюдалось в большом числе экспериментов. Часто Рис. 22.6. Влияние мощного ~ ИК излучения вз положение и форму линии вращательного перехода б(3) молекулы водо.
рода. Крестиками показан спектр, полученный с помощью КАРС-спектроскопии в Ц присутствии излученяя лазера на Хй:ТАО с длиной волны 1,06 мкм, работающего в режиме модуляции добротности; кружками показан .спектр, полученный з отсутствие ИК излучения. Кривые проведены через экспериментальные точки [22] аж,з ив,г им,т муз,г юззд Лы,зя-~ в эксперименте для преодоления трудностей, связанных с доплеровским уширением уровней, используется атомный пучок, что уменьшает неоднородную ширину линии и облегчает наблюдение. При изучении спектра флуоресценции, индуцированной сильным резонансным полем, для возбуждения атомного пучка используется излучение одночастотного непрерывного лазера, а регистрируется и анализируется возбуждаемая им флуоресценция [13).
Например, в эксперименте Ву с сотрудниками 113) для возбуждения перехода натрия ЗзЯпз (Р = 21 шг = 2) -~" 33Рз(з (Р' = 31 лзг. = 3) использовался циркулярно поляризованный луч непрерывного лазера на красителе с шириной линии менее 250 кГц, который под прямым углом пересекал атомный пучок натрия, причем атомы в пучке имели начальную населенность в основном состоянии Зз3ыз ()г= 2, и =2), приготовленную с помощью оптической накачки. Флуоресценция на инвертированном переходе, излучавшаяся в направлении, перпендикулярном обоим пучкам, детектировалась и анализировалась интерферометром Фабри — Перо. При достаточно большой лазерной интенсивности в спектре легко наблюдались три пика в полном соответствии с предсказаниями теории. На рис.
22.7 наблюдавшиеся спектры сравниваются с теорией в случаях резонансного и нерезонансного возбуждения при пиковой интенсивности лазера 640 мВт/смз, соответствующей резонанс26з 403 !х ГГ 1Г е ь ь ! й ! В ! ь ! ч ! ь ! В ! Еф !!Д ох О ф~3) ф о ) ф х фхфо- -ОаВ я ."а ОФО ф ~ 1!~~ц "ф„а я а фхф ах о„~~ Я а ОяГЯ !! ~О~Я -Оф о!Г! Я!' х .~ам~ фо ! 3 ь сО О О ГО О Я ! о !! О аяи ЬЮОЯ Иф Г Гф 3~ ь,ф „! ОО!О аооьф я фх р я фф О ф О ф ох д~х ,.Бай ф Э О!хо ! сЯ' х я Я Йао !!О.' ной частоте Раби 0=78 МГц. Как и ожидалось, спектры всегда расположены симметрично относительно частоты лазера, а расстояние между боковыми полосами 2Л увеличивается с ростом отстройки (ю — ю„) в соответствии с формулой Л = [(ш — юм)з+ 4ьв*). Спектр поглощения перехода ЗзЯг/з (/г = 2, пзг = 2) в 3зРз/з (Р' = 3, пзг = 3) при сильном лазерном возбуждении также можно получить, если есть второй перестраиваемый лазер на красителе.
Пример полученных Ву с сотрудниками (х4) результатов показан на рис. 22.8. вввв Рис. 22.8. а — Экспериментально полученный спектр поглощения ва переходе Звбпт(Р = 2, жв = 2) -~ 3зрвгв(/г = 3, жв 3) натрия з условиях сильного воабуждения полем, настроенным ва частоту, лежащую выше резонанса на 28 МГц. Полю с интенсивностью 560 мВт/смв соответствует частота Раби, разная 66 МГц. б — Рассчитанное изменение формы линии при постоянной амплитуде поля (частота Роби 66 МГц) и меняющейся отстройке частоты от реаонавса: Лм/2в = О, 5, 10, 20, 28, 40, 60 и 80 МГц.
Частота на горизонтальной оси отсчитывается от резонансной частоты перехода. Стрелками показана частота возбуждающего поля (14) На этом рисунке видно, что, когда частота Раби намного превышает ширину линии, в спектре имеются две боковые полосы, разнесенные на 2Л. Центральная компонента действительно отсутствует. Высокочастотная компонента является линией усиления, па пюигц -гп а гп о Рис.
22.9. а — Дублет Аутлера — Таувса в спектре всглощения, наблюдаемый в натрии в условиях, когда лазер А вастрсев точно в резонанс с переходом Згппг()г=2, юг = 2) -1. 3грзм(Р = 3, тг = 3). а лазер В перестраивается в скрествсств частоты перехода РРмг()г = 3, ю1 = 3) -~ ~ 4гВыг(р 4, юг=4). Расщепление возрастает с увеличевкем ввгевсвввсстк лааера А (бв — отстрсйка лазера В от резонанса).
6 — Дублет Аутлера — Таунса в условиях, когда лазер А отстроен от резовавса. При изменении велвчины стстрсйки ба лазера А от резонанса спектры становятся аскмметрвчвыми (13) па а пп аг, мгц В эффекте Аутлера — Таунса зондируется переход с одного пз двух уровней, связанных между собой сильным полем, на третий уровень; при этом в спектре ожидается появление двух линий поглощения. Пример экспериментальных результатов (15] покааан на 406 а низкочастотная — линией поглощения.
Последняя намного превышает по интенсивности первую. Эти результаты находятся в хорошем согласии с предсказаниями теории, обсуждавшимися в предыдущем разделе. рис. 22.9. Первый лазер возбуждает переход ЗзЯпз(Р = 2, ту = 2)-е.3зРз~з(Р' = 3, ту~ 3) атома натрия, а второй зондирует поглощение на переходе с уровня 3зРз~, (Р' 3, тг~ 3) на уровень 4Ч'.>а~а (Р" 4, тг = 4). Наблюдаемый спектр поглощения имеет две линии. Он симметричен при резонансной накачке и асимметричен при нерезонансном возбуждении. Частотное расщепление между двумя пиками Ь увеличивается с ростом отстройки е — юз, в соответствии с зависимостью (22.9). Эти результаты хорошо согласуются с теорией. Когда два лазера используются для возбуждения трехуровневой системы с уровня !$> на уровень !2> и с уровня !2> на уровень !3> Рис.
2230. а — Три уровня натрия, воабуждаемые двумя близквми к резонансу сильными полями. 6 — Экспериментально измеренная населенность ом возбужденного состояния: лазер с фиксированной частотой был настроен точно в реаонанс (б,= О) и имел интенсивность 23 мВт/смз, а второй лазер с интенсивностью 04 мВт/смз отстраивался по частоте от резонанса на величину бь е — Теоретически рассчитанная населенность ам возбужденного состояния в зависимоств от отстройкн бз [7) соответственно, теория предсказывает, что в пределе сильного взаимодействия резонансная двухфотонная накачка стремится распределить населенность поровну между начальным и конечным состояниями !1> и !3> и практически опустошить уровень [2>.
Это было экспериментально подтверждено Грэем с сотрудниками [7). Они выбрали трехуровневую систему, образованную тремя уровнями атома натрия: 3'Юыз (Р = 1), 3'Р,ж (Р = 2) и ЗзЯы, (Р = 2). Два одночастотных непрерывных лазера на красителе использовались для свяаи двух основных состояний Я с возбужденными состояниями Р, как показано на рис. 22ЛОа, причем последние играли роль промежуточного состояния. Населенность состояния Р определялась по интенсивности флуоресценции из этого состояния. Результат эксперимента, в котором первый лазер настраивался 407 точно в резонанс с переходом Яп, (7=1)- Р„, (7=2), а второй лазер перестраивался через двухфотонный резонанс, показан на рис. 22 10б, рядом для сравнения црнведены также результаты теоретического расчета. Действительно, населенность промежуточного состояния падает почти до нуля при точном двухфотонном резонансе.
Это происходило даже тогда, когда первый лазер отстраивался от резонанса, хотя при этом для наблюдения эффекта приходилось резко увеличивать мощность лазера накачки. Эксперименты по сильному возбуждению п-уровневых систем при в~3 редки, хотя, тем не менее, они могли бы быть интересными. Например, спектры поглощения и испускания четырехуровневой системы с двумя близко расположенными промежуточными уровнями, возбуждаемой двумя полями, находящимися в резонансе с переходами из основного в промежуточное и из промежуточного в конечное состояния соответственно, должны сильно меняться при изменении интенсивностей лазеров.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
