СВЕРХИЗЛУЧЕНИЕ
- коллективное спонтанное испускание эл.-магн. N возбуждённых излучателей (.>1) в когерентное сфазированное состояние. С. предсказано Р. Г. Дикке(R. Н. Dicke) в 1954, обнаружено экспериментально в 1973 после созданиялазеров.
Дикке показал, что система N инвертированных двухуровневых атомов (см.Двухуровневая система)может спонтанно перейти в осн. состояниеза время, обратно пропорциональное числу атомов Этот эффект обусловлен наведением корреляций между дипльными моментамиперехода пространственно разделённых излучателей, взаимодействующих другс другом через поле излучения. В результате атомы, находящиеся в макроскопическибольшом объёме, излучают когерентно. Поскольку полная энергия, излучаемаяколлективом атомов, равна (w0- частота перехода), то интенсивность излучения В случае же обычного спонтанного излучения, когда атомы распадаются независимодруг от друга со временем спонтанного распада Т1, не зависящимот числа излучателей, интенсивность
С. ансамбля излучателей обусловливается воздействием поля, испущенногоодним из осцилляторов, на все остальные излучатели ансамбля.Именно этовоздействие способно привести к когерентизации процесса испускания излученияансамблем осцилляторов. Эфф. самонаведение корреляций между дипольнымимоментами осцилляторов возможно лишь в том случае, когда время этого процесса меньше времени релаксации дипольного момента атомаТ2,а также меньшеТ1(обычноТ2
Рис. 1. Схема рабочих уровней (а) и экспериментальной установки (б)в типичном эксперименте по наблюдению сверхизлучения.
Рис. 2. Сравнение сверхизлучения и некогерентного спонтанного распада:а - импульс накачки, инвертирующий рабочий переход; б - интенсивность излученияв случае некогерентного спонтанного распада (Т1~ 1 с); в -наблюдаемый остронаправленный сигнал сверхизлучения (газ HF), пиковая интенсивностьсигнала сверхизлучения примерно в 1010раз превосходит интенсивностьспонтанного распада.
По характеристикам и условиям наблюдения С. отличается и от обычногоспонтанного излучения, и от стимулиров. излучения. Это отличие мощно рассмотретьна примере типичного эксперимента по наблюдению С. (рис. 1,б). Внутри макроскопическибольшого, вытянутого и открытого с обоих концов цилиндра длинойLиплощадью основанияZ (, V = LZ, n=N/V)находитсяNдвухуровневых атомов. импульсом накачки так, чтобы состояние системы было некогерентным (т. е. Т1,Т2,,а также - времени пролёта фотона через среду. Если плотность атомов настолько мала, ,то каждый атом распадается независимо от других и система излучает спонтаннои изотропно по всем направлениям с характерным временемT1(рис. 2,б). Если же выполняется условие
то наблюдается С. Правое неравенство означает, что коллективные процессыпротекают быстрее, чем релак-сац. процессы в каждом атоме. Левое неравенствоозначает, что фотоны покидают объём за время, меньшее времени наведениямежатомных корреляций, так что стимулиров. процессами во время развитияС. можно пренебречь. При выполнении этих условий системаNатомовизлучает импульс С., пиковая интенсивность к-рого на неск. порядков превосходитинтенсивность спонтанного излучения, причём осн. часть излучения направленавдоль наиб. вытянутости объёма (рис. 2,в). При часть излучённой энергии снова запитывается в атомную подсистему и излучениеформируется в виде последовательности импульсов с уменьшающимися амплитудами(рис. 2,в) - осцилляторный режим С.
Важной характеристикой С. является время задержки импульса t0,определяемое по моменту наблюдения максимума импульса, к-рое примерно напорядок превосходит длительность самого импульса С.. Такая задержка импульса С. объясняется тем, что процесс распада начинаетсяс изотропного спонтанного излучения, и лишь благодаря взаимодействию атомовчерез поле излучения в системе происходит нарастание корреляций дипольныхмоментов атомов, к-рые достигают макс. значения как раз в момент t0.
В случае наблюдается режим усиления спонтанного излучения. Левое неравенство означает, поляризация быстро подстраивается под поле, а правое - то, что фотоныостаются внутри среды на время , достаточное для лавинообразного нарастания стимулиров. излучения (протекающегоза время ).В литературе процесс усиления спонтанного излучения наз. также частосверхлюминесценцией. отличается от него тем, что в формировании С. вынужденные переходыатомов практически не играют роли.
Эффект С. имеет как общефиз., так и прикладное значение. С физ. точкизрения эффект С. является примером кооперативного поведения системы N частиц, скорость указанных процессовпредставляют общий интерес. С прикладной точки зрения эффект С. имеет значениекак один из методов получения когерентного излучения в беззеркальных системах.Лит.:1) Dicke R. H., Coherence in spontaneous radiation processes,«Phys. Rev.», 1954, v. 93, p. 99; 2) Андреев А. В., Оптическое сверхизлучение:новые идеи и новые эксперименты, «УФН», 1990, т. 160, в. 12, с. 1; 3) Ан д р е е в А. В., Е м е л ь я н о в В. И., Ильинский Ю. А., Кооперативныеявления в оптике. Сверхизлучение. Бистабильность. Фазовые переходы, М.,1988; 4) Кооперативное излучение и статистика фотонов, Л., 1986.А.
Физическая энциклопедия. В 5-ти томах. — М.: Советская энциклопедия.Главный редактор А. М. Прохоров.1988.
Синонимы:
- сверхизлучение—superradiance...Политехнический русско-французский словарь
- сверхизлучение—сверхизлучение с.usuperradiant radiationСинонимы суперизлучение...Русско-английский политехнический словарь
- сверхизлучение—с.superfluorescence superradiance superradiation вынужденное сверхизлучение двухволновое брэгговское сверхизлучение двухчастотное сверхизлучение каскадное сверхизлучение ...Русско-английский словарь по физике
- сверхизлучение—superradiation ampLTphys.ampGT superradiance сверхизлучение диковскоеСинонимы суперизлучение...Русско-английский технический словарь
- сверхизлучение—сверхизлучение суперизлучение Словарь русских синонимов. сверхизлучение сущ. колво синонимов суперизлучение Словарь синонимов ASIS.В.Н. Тришин. . Синонимы суперизлучен...Словарь синонимов II
- сверхизлучение—сверхизлучение суперизлучение...Словарь синонимов