Эффект просветления. РЕАЛЬНАЯ ФИЗИКА. Глоссарий по физике

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

Имеется неск. разл. физ. механизмов просветления. Наиболее 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 эффект просветления. 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 эффект просветления 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 эффекта просветления 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 эффект просветления 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 эффект просветления 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. Эффект просветления такой природы наз. интерференционным (иногда - парамет-рическим) просветлением.

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

где I - интенсивность волны в точке z, k(I)- показатель поглощения, зависящий от интенсивности. Вид функции k(I)определяется конкретным физ. механизмом просветления и характером уширения линий (или полос) поглощения. Напр., если эффект просветления 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. Эффект просветления 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. Эффект просветления 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 эффекта просветления в неоднородно уширенных линиях поглощения является одним из методов регистрации спектров с высоким разрешением.

Литература по эффекту просветления

Знаете ли Вы, почему "черные дыры" - фикция?
Согласно релятивистской мифологии, "чёрная дыра - это область в пространстве-времени, гравитационное притяжение которой настолько велико, что покинуть её не могут даже объекты, движущиеся со скоростью света (в том числе и кванты самого света). Граница этой области называется горизонтом событий, а её характерный размер - гравитационным радиусом. В простейшем случае сферически симметричной чёрной дыры он равен радиусу Шварцшильда".
На самом деле миф о черных дырах есть порождение мифа о фотоне - пушечном ядре. Этот миф родился еще в античные времена. Математическое развитие он получил в трудах Исаака Ньютона в виде корпускулярной теории света. Корпускуле света приписывалась масса. Из этого следовало, что при высоких ускорениях свободного падения возможен поворот траектории луча света вспять, по параболе, как это происходит с пушечным ядром в гравитационном поле Земли.
Отсюда родились сказки о "радиусе Шварцшильда", "черных дырах Хокинга" и прочих безудержных фантазиях пропагандистов релятивизма.
Впрочем, эти сказки несколько древнее. В 1795 году математик Пьер Симон Лаплас писал:
"Если бы диаметр светящейся звезды с той же плотностью, что и Земля, в 250 раз превосходил бы диаметр Солнца, то вследствие притяжения звезды ни один из испущенных ею лучей не смог бы дойти до нас; следовательно, не исключено, что самые большие из светящихся тел по этой причине являются невидимыми." [цитата по Брагинский В.Б., Полнарёв А. Г. Удивительная гравитация. - М., Наука, 1985]
Однако, как выяснилось в 20-м веке, фотон не обладает массой и не может взаимодействовать с гравитационным полем как весомое вещество. Фотон - это квантованная электромагнитная волна, то есть даже не объект, а процесс. А процессы не могут иметь веса, так как они не являются вещественными объектами. Это всего-лишь движение некоторой среды. (сравните с аналогами: движение воды, движение воздуха, колебания почвы). Подробнее читайте в FAQ по эфирной физике.