Введение к работе
Актуальность темы. В современных исследованиях различных лазерных сред, в частности кристаллов с примесью парамагнат -ных ионов, широко применяются метода когерентной оптической спектроскопии, основанные на таких нестационарных явлениях как кутания, спад свободе поляризация, световое эхо и других. Изучение данных явлений позволяет получать вазгную информацию об элементарных физических процессах, происходящих з вещество. Одним из наиболее интересных и важных процессов, сказывазгдах-ся на характере протекания выше упомянутых нестационарных когерентных эффектов, является случайная модуляция собственной частоты системы, или спектральный обмен линий неоднородно уширенного спектра. Причины, приводящие к спектральному обмену, довольно многообразны. В тазах модуляцию частоты вызывают столкновения с изменением скорости, в активированных стеклах-- резонансный перенос электронной энергии, в кристаллах с примесью парамагнитных ионов спектральная миграция может быть обусловлена случайными переворотами спинов или случайной копуляцией диполь-дипольного взаимодействия кезду спинами -ных ионов и спинами решетки кристалла.
В последнее время большое внимание, уделяется изучевзта распада свободной поляризапдп (РСЕГ) после насыщения сильным лазерным полем. В экспериментальной работе (r.g. DeVoe, R.G.Brewar, 1983) обнаружено суцествешое расхождение нолевой зависимости скорости РСП посла насыщения с результатами елоховского описания. В ісачесгве исследуемого образца использовался примесный ионный кристалл Pr:LoF3 . В большинстве работ, объясняющих обнаруженный эйфент, использовалась стохастическая теория возмущений (ТВ), которая основывается на предположении о быстрой частотной модуляции двухуровневой системы (ДС), мо-^ делирущей примесный ион. Причиной частотной модуляции, ИЛЕ обмена является случайная переориентация спинов кристаллической решетки. Однако, сопоставление результатов ТВ с экспериментальным! данными по полевой зависимости скорости РСП ставит под сомнение справедливость предположения о быстром спектральном обмене. Кроме того остается открытым вопрос о границах
' применимоега теории быстрой спектральной миграции. Ввиду этого распространение теории Р&Т на случай медленного спектрального обмена представляется важный и актуальным. Построение теории РСП, справедливой при произвольной скорости модуляции частоты, во-первых, позволяет расширить класс нсследуеыых систем и определить границы применимости теории быстрого спектрального обмена, во-вторых, дает возможность извлекать адекватную информацию о свойствах изучаемых веществ, в частности ионных кристаллов. Важность изучения последних определяется тем, что эти кристалла используются в качестве активных сред в твердотельных лазерах, а также тем, что они являются перспективными для создания элементов оптической памяти.
Цель работы состоит в обобщении теории РСП после насыщения на случай медленного спектрального обмена.
Научная новизна и практическая ценность. На основе уравнений теории внезапной модуляции рассчитаны сигналы РСП при модуляции частоты насыщаемого перехода марковским антикоррелиро-ванным и марковским некоррелированный процессами. В последнем случае наиболее детально рассмотрена миграция частоты по било-ренцевскому и лоренцевскогду контурам. Получены точные аналитические выракения для сигнала РСП, справедливые при любой скорости спектрального обмена и при произвольном значении силы насыщающего поля. Установлены границы применимости теории быстрого спектрального обмена. Продемонстрированы качественные различия между случаем быстрой модуляции, исследованной в литературе, и случаем медленной модуляции, рассмотренной впервые. Показано, что корреляции в флуктуациях частоты до и после выключения насыщающего поля необходимо учитывать только при медленной модуляции частоты.
Исследованы интегральная скорость РСП в слабых полях и интегральная скорость спада сигнала эха в зависимости от скорости модуляции частоты. Показано, что их совпадение имеег место как в области быстрого обмена, так и в области очень медленного. Отмеченно существование достаточно широкой области значений скорости спектрального обмена, где зависимость скорости РСП имеет немонотонный характер и существенно различается с
зависимостью скорости спада сигнала эха. Именно в этой области нельзя отождествлять скорости поперечной релаксации, измеренные по спаду сигнала эха и по спаду сигнала свободной поляризации.
Исследована полевая зависимость скорости РСП для всех выше перечисленных процессов. На основе разработанной теории проведено сопоставление с экспериментом и сделан вывод о медленном характере спектрального обмена в кристалле Pr+:LqP3 .
Результаты, полученные в реферируемой работе, представляют интерес для нелинейной лазерной спектроскопии газов, примесных ионных кристаллов и активированных стекол.
Автор выносит на защиту:
-
Рассчетн сигнала РСП после насыщения при произвольной скорости модуляции частоты дая марковского ангинорреларованного дихотомического и марковского некоррелированного процессов.
-
Сравнительное исследование проявления различных видов равновесных распределений частоты перехода ДС в полевой зависимости скорости и кинетике РСП. Сопоставление интегрального времени РСП в нулевых полях с интегральным временем спада эха.
-
Вменение пределов применимости немарковской теории возмущений и расцепленного рецепта расчета РСП.
Апробация работы. Основные результаты работы докладывались и обсуждались на УІ Рочестерской конференции по когерентности и квантовой оптаке(Рочестер, 1989), на ІУ Всесоюзном симпозиуме "Световое эхо и пути его практических применений" (Куйбышев, 1989), на III Всесоюзном семинаре по квантовой оптике (Раубичи, 1990), на X Международной Бавиловской конференции по нелинейной оптике(Новосибирск, 1990), опубликованы в трех печатных работах.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, выводов, списка работ, опубликованных по теме "* диссертации и списка цитируемой литературы. Содержание диссертации излоаено на 117 страницах, включает 23 рисунка; список литературы содержит 95 наименований.
