о таке В«віртуальний рівень В»? Пояснюючи це поняття, нагадаємо, що двухфотонний перехід не можна розбити в часі на два етапи. Звідси випливає, що принципово не можна виявити мікрооб'єкт на віртуальному рівні (у іншому випадку можна було б говорити про два етапи - до виявлення і після виявлення мікрооб'єктів). Саме цим і відрізняється віртуальний рівень від звичайного енергетичного рівня.
Чи можна укласти звідси, що віртуальний рівень виявляється В«НеіснуючимВ», В«нереальнимВ»? Адже на будь-якому реально існуючому енергетичному рівні мікрооб'єкт може бути в принципі виявлений!
Ми не станемо обговорювати тут ступінь реальності (або нереальності) віртуальних рівнів. Для нас головне полягає в тому, що реально існують як однофотонні, так і Багатофотонні переходи. І коли для представлення однофотонні переходів досить системи звичайних (реальних) енергетичних рівнів, то для подання Багатофотонні переходів такої системи рівнів вже недостатньо доводиться звертатися до специфічного поняттю - поняттю віртуальних рівнів. Наведений на малюнку 1 приклад досить ясно, показує специфіку це поняття.
3.4. Яким чином мікрооб'єкт грає роль В«посередникаВ» у процесах перетворення В«СвітлаВ» в В«світлоВ»?
Розглянемо різні процеси В«перетворенняВ» одних фотонів в інші фотони. Почнемо з процесу, представленого на малюнку 2 . Мікрооб'єкт поглинає фотон з енергією і переходить з рівня 1 на рівень 3 . Потім він випускає фотон енергією і переходить з рівня 3 на рівень 2. Таким
чином, вихідний (первинний) фотон з енергією В«перетворюєтьсяВ» в кінцевий (вторинний) фотон з енергією. Роль В«посередникаВ» у цьому В«перетворенніВ» грає мікрооб'єкт. Втім, тут мікрооб'єкт виявився не просто В«посередникомВ» - Адже його стан теж змінилося: він перейшов у підсумку з рівня 1 на рівень 2.
Більше опукло роль мікрооб'єкта як В«посередникаВ» між фотонами (саме В«ПосередникаВ» і не більше) проявляється в процесі, представленому на малюнку 3а . Мікрооб'єкт поглинає фотон з енергією і переходить з рівня 1 на рівень 2. Потім він випускає фотон з такою ж енергією і повертається на рівень 1 . Отже, стан мікрооб'єкта в кінцевому рахунку не міняється; в той же час первинний фотон В«перетворюєтьсяВ» у вторинний. Цей останній має таку ж енергію, але, зрозуміло, може відрізнятися як напрямком імпульсу, так і поляризацією. p> Далі звернемося до процесу, показаному на малюнку 3б (Пунктиром зображено віртуальний рівень). На відміну від двох попередніх процесів ми маємо тут не два однофотонні переходу, а один двухфотонний перехід. Якщо у процесі, показаному на малюнку 3а , мікрооб'єкт в принципі можна виявити на рівні 2 (у проміжку між поглинанням первинного та випусканням вторинного фотона), то тепер ситуація зовсім інша: принципово не можна виявити мікрооб'єкт на віртуальному рівні; не існує ніякого В«проміжкуВ» часу між поглинанням первинного та випусканням вторинного фотона. Більш того, не можна навіть стверджувати, що спочатку поглинається первинний фотон, а потім випускається вторинний. Процес поглинання і випускання є в даному випадку єдиним, неподільним в часі процесом; при це в принципі неможливо виявити якого-небудь, навіть тимчасового зміни стану мікрооб'єкт.
Таким чином, в розглянутому двухфотонную процесі мікрооб'єкт виступає як вельми своєрідний, можна сказати, вельми В«тактовнийВ» посередник, що залишається В«в тініВ».
3.5. Процес, описує генерацію другої гармоніки.
Багатофотонні процеси, в яких початковий і кінцевий стани мікрооб'єкта однакові, представляють для нелінійної оптики особливий інтерес. Вище ми розглянули двухфотонний процес. Далі розглянемо два трьохфотонні процесу. p> Перший з них представлений на малюнку 4 (пунктири зображують віртуальні рівні). Мікрооб'єкт бере участі в трьохфотонні переході: відбувається поглинання двох фотонів з енергіями і випускання одного фотона з енергією 2 ; стан мікрооб'єкта не змінюється. Оскільки в подібних процесах мікрооб'єкт як В«посередникВ» В«залишається в тініВ», можна розглядати як би безпосереднє В«перетворенняВ» двох фотонів в один (Два фотони, стикаючись один з одним, перетворюються на новий фотон). При цьому виконуються закони збереження енергії та імпульсу для фотонів:
(3.1)
(3.1 /)
(тут і - імпульси поглинених фотонів, а-імпульс випущеного фотона).
Розглянутий процес називають в нелінійній оптиці генерацією другої гармоніки. Він описує В«ПеретворенняВ» світла з частотою в світ з частотою 2 . Більш докладно явище генерації другої гармоніки буде розглянуто нижче.
На малюнку 5 представлений трьохфотонні процес при якому поглинається один фотон з енергією і испуска...
