Физическая энциклопедия - многофотонные процессы

процессы вз-ствия эл.-магн. излучения с в-вом, при к-рых в одном элем. акте одновременно происходит поглощение или испускание (или то и другое) неск. фотонов. Разность энергий поглощенных и испущенных фотонов равна энергии, приобретаемой (или теряемой) ч-цами в-ва (атомами и молекулами). В этом случае происходит многофотонный переход ч-ц между квант.

состояниями. М. п. проявляются в достаточно сильных световых полях, поэтому их широкое исследование началось после создания лазеров. Рис. 1. Квант. схемы двухфотонных процессов: а комбинац. рассеяние; б двухфотонное поглощение; в двухфотонное испускание. Простейшими М. п. явл. двухфотонные. В элем. акте комбинационного рассеяния ч-ца одновременно поглощает фотон с энергией С›w1 и испускает фотон другой энергии С›w2 (рис. 1,а). Рассеивающая ч-ца при этом переходит из состояния с энергией ?1 на уровень ?2; изменение энергии ч-цы равно разности энергий поглощённого и испущенного фотонов С›w1-С›w2. При д в у х ф о т о н н о м п о г л о щ е н и и (рис. 1, б) ч-ца приобретает энергию ?2-?1, равную сумме энергий двух поглощённых фотонов С›w1+С›w2, происходит т.

н. д в у х ф о т о н н о е в о з б у ж д е н и е вещества. В случае же двухфотонного испускания (рис. 1, в) ч-ца, находившаяся первоначально в возбуждённом состоянии ?2, переходит на более низкий уровень ?1 с одноврем. излучением двух фотонов: С›w1+С›w2=?2-?1. Аналогичные процессы возможны и с участием трёх и большего числа фотонов (рис. 2, а, б).

Примерами М. п. явл. также м н о г о ф о т о н н а я и о н и з а ц и я и м н о г о ф о т о н н ы й ф о т о э ф ф е к т. Рис. 2. а, б схемы трёхфотонного (гиперкомбинационного) рассеяния света; в процесс четырёхфотонной ионизации. В первом случае в результате одноврем. поглощения неск. фотонов происходит отрыв эл-нов от атома или молекулы (рис. 2, в).

Во втором случае одноврем. поглощение неск. фотонов приводит к вырыванию эл-на из в-ва. Каждый фотон, возникающий при М. п., может испускаться либо самопроизвольно (спонтанно), либо под действием внеш. излучения с той же частотой (вынужденное испускание). Вероятность m-фотонного процесса Wm, в к-ром происходит поглощение и вынужденное испускание фотонов с энергиями С›w1, С›w2, ... С›wm, равна Wm=Amn1n2... nm, где n1, n2, .

. ., nmплотности числа фотонов с соответствующей энергией, т. е. вероятность Wm пропорц. произведению интенсивностей падающего излучения на частотах w1, w2, ..., wm. Константа Am зависит от структуры в-ва, типа М. п. и от частоты падающего излучения. Если, напр., одна из частот возбуждающего излучения близка к частоте промежуточного перехода в атоме, то величина Am резонансным образом возрастает.

Так, при двухфотонных процессах это имеет место, если С›w1»?3-?1. Отношение вероятности М. п. с участием т фотонов к вероятности М. п. с участием (m-1) фотонов Wm-1 при отсутствии промежуточных резонансов по порядку величины равно (Е/Еат)2 , где Е амплитуда напряжённости электрич. поля излучения, Еат ср. напряжённость внутриатомного электрич.

поля (Еат=109 В/см). Для нелазерных источников излучения (E .