CC BY
19
ФОРМИРОВАНИЕ СТИМУЛИРОВАННОГО ФОТОННОГО ЭХА В ТРЕХУРОВНЕВОЙ СИСТЕМЕ ПРИ НАЛИЧИИ ВНЕШНИХ НЕРЕЗОНАНСНЫХ ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫХ СТОЯЧИХ ВОЛН
Ахмедшина Екатерина Николаевна
аспирант кафедры образовательных технологий в физике КФУ, РФ,
Республика Татарстан, г. Казань E-mail: ekanika8@gmail.com Гарнаева Гузель Ильдаровна канд. физ.-мат. наук, доцент КФУ, РФ, Республика Татарстан, г. Казань
E-mail: guzka-1@yandex. ru Нефедьев Леонид Анатольевич доктор физико-математических наук, профессор КФУ, РФ, Республика
Татарстан, г. Казань E-mail: nefediev@yandex.ru
FORMATION OF THE STIMULATED PHOTON ECHO IN THE THREE-LEVEL SYSTEM IN THE PRESENCE OF THE EXTERNAL NONRESONANT ELECTROMAGNETIC STANDING WAVES
Ahmedshin Ekaterina
graduate student in physics educational Technology CFI, Russia, Republic of
Tatarstan, Kazan Garnaeva Guzel Ildarovna candidate of physico-mathematical sciences, professor CFI, Russia, Republic of
Tatarstan, Kazan Nefed'ev Leonid
doctor of physico-mathematical sciences, professor CFI, Russia, Republic of
Tatarstan, Kazan
АННОТАЦИЯ
Исследован эффект «запирания» отклика стимулированного фотонного эха в трехуровневой системе, когда в качестве неоднородного внешнего возмущения, приводящего к случайным сдвигам или расщеплениям исходных монохромат неоднородно уширенной линии, выступает нерезонансное лазерное излучение.
ABSTRACT
The effect of stimulated photon echo response «locking» in a three-level system in the case when the inhomogeneous external perturbations leading to random shifts or splitting of the original monochromats inhomogeneously broadened line, are nonresonant laser radiation investigated.
Ключевые слова: эффект «запирания» информации; трехуровневая система; стимулированное фотонное эхо; нерезонансное лазерное излучение.
Keywords: the effect of "locking" information; a three-level system; stimulated photon echo; nonresonant laser radiation
Введение
В работе [2] был теоретически предсказан и экспериментально подтверждён эффект запирания долгоживущего фотонного эха (ДФЭ) в
о I о о
кристалле LaF^Pr (переход Н4- Р0, Л=477,7нм) при воздействии на временном интервале между первым и вторым лазерными импульсами неоднородного электрического поля. В работе [1] исследован случай, когда стимулированное фотонное эхо (СФЭ) формируется в двухуровневой системе при наличии внешних нерезонансных стоячих электромагнитных волн и показано, что при наложении внешней нерезонансной стоячей электромагнитной волны происходит уменьшение интенсивности отклика СФЭ.
В данной работе исследована эффективность запирания отклика СФЭ в трехуровневой системе, когда в качестве неоднородного внешнего возмущения, приводящего к случайным сдвигам или расщеплениям исходных монохромат неоднородно уширенной линии, выступает нерезонансное лазерное излучение (стоячая волна).
Основные уравнения
Рассмотрим схему возбуждения СФЭ в трехуровневой системе при наличии внешних нерезонансных электромагнитных стоячих волн (рис. 1).
Рисунок 1. Порядок возбуждающих импульсов при формировании сигналов СФЭ при Г>1:РЬ Р2, Рз —лазерные резонансные импульсы, ттп — временной интервал между т-м и п-м импульсами, SWb SW2 — импульсы нерезонансных стоячих волн
Для отыскания оператора эволюции системы и при ее возбуждении резонансным лазерным импульсом длительностью Л/^ в момент времени t7J
используем результаты работы [4]. Зная оператор эволюции можно определить матрицу плотности после воздействия п-го лазерного импульса, где матричные элементы матрицы плотности получены в работе [3].
В случае взаимодействия трехуровневой системы с г|-м резонансным лазерным импульсом и матрицей оператора взаимодействия в виде:
г'
■=р12у<1^-1са 12'
21 "21
13" 13
¡соц! — ¡к., г
31" 31
гк
2
где: — дипольный момент перехода ьк,
и
импульса
-(0 — огибающая напряженности электрического поля г|-го лазерного
и
Ру — проективные матрицы (имеют элемент у равный 1, а остальные элементы равны нулю),
кц — волновой вектор г|-го импульса,
Е0г? — амплитуда напряженности г|-го лазерного импульса.
Эффективность запирания отклика СФЭ в трехуровневой системе при наличии внешних нерезонансных электромагнитных стоячих волн
При воздействии нерезонансного лазерного излучения на образец, каждый ]-й оптический центр, принадлежащий данной изохромате неоднородно уширенной линии, получает дополнительный частотный сдвиг С?на
переходе а - (3 ив случае стоячей волны (будем считать, что £ направлен вдоль оси Ъ)\
Iар Кг,,г] ^ Са(3Е0г) с°8 -:-^ У1)
Л2
где: С^р — постоянная динамического эффекта Штарка, к — волновой вектор.
Для определения эффективности запирания информации, закодированной во временной форме объектного лазерного импульса, определим его площадь
1 Р2
как р = — [ЛХ • Тогда величина IV = —,будет определять мощность
А? о ^
отклика.
Используя формулы (1—2) и результаты работы [3], получим выражение для пространственно-временной структуры отклика СФЭ в случае, когда Г>1:
Е * Н?^12 >12 81П вх 81П в2 81П <93^13^12^51 ^12 >Р ^12 <"
т\~т2 т\ + /Г сов
V М
^€>^2 2 13 1 Г1 _С08
Я,
т2^Г (3)
где
I
-Иг 4
^-Д^ /2
т. е. .V ^ представляет спектр огибающей г|-го импульса, А]3 = А^Г,
вл — площадь г|-го импульса, г = — параметр неэквидистантности
спектра системы, О.у — частота перехода {-], Д|2 = О]2 со\2 — частота
лазерного излучения резонансного переходу 1—2.
На рисунках 2(а) и 2(б) представлены результаты численного расчета выражения (3), а также результаты расчета для двухуровневой системы при Г=1, из которого в случаях возбуждения СФЭ рис. 1 следует, что при значениях напряженностей электрических полей стоячих волн порядка 600 В/см
происходит запирание информации сигналов СФЭ в кристалле ЬаР^Рг^ на
3 3 3 1
переходах Н4- Рд с А=477,7нм и Н4—► Т)2 с А, =600 нм.
а). б).
09 ш
08 08
0? а?
06
05 05
01 04
03 03 ~ - -.
0 2 ч \ 01 N \
0 1 Ч \ 01 --- п- ~ ^ ~ ~ "
а» «Л (00 ем 1000 1ИЮ 200 «0 £00 КО 1000 1200
£{В/си] г[в/си]
Рисунок 2. Зависимость величины IV от напряженности электрического
поля а) нерезонансной стоячей волны 511^ 1 (Е\ /:2 =0, -Г=1,
Г=1.26) б) нерезонансной стоячей волны 514^ (^2 ^ 0, Е\ = 0, -Г=1,
Г=1.26) (Л{ =Я2= 0.7* 10"7/ш, (('{о = Си = 0.3КГц/(В/см/)
п
Выводы
1. При воздействии нерезонансных стоячих волн между первым и вторым или после третьего возбуждающего лазерного импульса в трехуровневой системе происходит запирание сигналов СФЭ.
2. При наложении внешней нерезонансной стоячей электромагнитной волны происходит уменьшение интенсивности отклика СФЭ, т.е. наблюдается эффект «запирания».
Список литературы:
1. Ахмедшина Е.Н., Нефедьев Л.А., Гарнаева Г.И. Эффект «запирания» сигналов стимулированного фотонного эха при наличии импульсов внешних нерезонансных стоячих волн // Сборник статей VIII международной конференции молодых ученых и специалистов «Оптика-2013», 2013. — C. 24.
2. Калачев А.А, Нефедьев Л.А., Зуйков В.А., Самарцев В.В. // Оптика и спектроскопия. — 1998. — Т. 84. — С. 811.
3. Нефедьев Л.А., Гарнаева Г.И., Низамова Е.И., Хакимзянова Э.И., Сахбиева А.Р., Ахмедшина Е.Н. Эффект запирания информации в трехуровневой системе при различной кодировки информации // International conference 3nd «Science and education», — 2013. — V. 1. — P. 29—38.
4. Nefediev L.A., Sakhbieva A.R., Nizamova E.I. Determination of Optimum Conditions for Reproducing Information in Optical Echo Processors // Journal of Russian Laser Research, — 2013. — V. 34. — № 4. — P 331—335.
