оптическая нутация

ОПТИЧЕСКАЯ НУТАЦИЯ - колебательное поведение процессов поглощения и испускания оптич. излучения, обусловленное колебаниями разности населённостей уровней энергии вещества при его взаимодействии с сильным резонансным эл--магн. полем. О. н. - нестационарный эффект, проявляющийся, когда включение взаимодействия вещества с резонансным полем происходит за время, значительно меньшее времён релаксации квантового перехода (см. Двухуровневая система). Физ. природа О. н. заключается в следующем. Пусть в момент времени t = 0 мгновенно включается световое поле частота к-рогосовпадает с частотой разрешённого перехода между уровнями энергии а и b частиц вещества (атомов, молекул и т. д.). Под действием излучения разность населённостей этих уровнен в отсутствие релаксации осциллирует с частотой Раби(d_ab - матричный элемент дипольного момента), т. е. квантовая система периодически переходит из нижнего состояния в верхнее и обратно. Соответственно чередуются процессы поглощения и индуцир. испускания излучения. В результате световая волна на выходе из среды оказывается промодулированной по амплитуде с частотой
Термин "нутация" заимствован из теории гироскопов. Его использование основано на том, что ур-ния для двухуровневой системы, описывающие эволюцию отклика вещества на воздействие резонансного эл--магн. излучения, в векторном представлении аналогичны ур-ниям для симметричного волчка. Согласно этим ур-ниям, вектор Блоха, изображающий мгновенное состояние системы, прецессирует под действием излуче-нпя на интервалах времени t << T₂ (T₂ - время поперечной релаксации) вокруг определённого направления с частотой что соответствует изменению угла прецессии волчка, т. е. нутации. Нутационное движение вектора Блоха отражает колебательное поведение амплитуды наведённого полем ди-польного момента резонансной частицы и разности населённостей её уровней энергии.
В оптически тонких средах эффект О. н. проявляется в виде затухающих колебаний огибающей импульса резонансного излучения на выходе из среды. Причиной затухания в первую очередь являются процессы релаксации, к-рые приводят к уменьшению амплитуды нутационных колебаний отклика резонансных частиц, а следовательно, и к постепенному уменьшению глубины модуляции прошедшей волны. Если линия резонансного перехода уширена неоднородно, то значит. роль играет также т. н. когерентный механизм затухания: нутационные колебания отклика частиц, имеющие разл. значения w_ba происходят с разными частотами, что приводит к затуханию ср. по ансамблю осцилляции разности населёниостей и амплитуды резонансной поляризации.
Для регистрации эффекта О. н. используются разл. методы: возбуждение резонансного перехода мощными световыми импульсами с длительностью << T₂; включение взаимодействия оптпч. излучения со средой при помощи настройки частоты перехода в резонанс с излучением лазеров непрерывного действия за счёт штарковского сдвига (см. Штарка эффект)спектральной линии в импульсном электрич. поле; быстрое переключение частоты генерации лазеров. Кроме модуляции резонансного излучения эффект О. н. проявляется в виде колебаний фототока, обусловленного фотоионизацией возбуждённых атомов, а также в виде колебаний интенсивности излучения, генерируемого за счёт резонансных параметрич. взаимодействий. Своеобразное проявление О. н. в оптически плотных средах - эффект самоиндуцированной прозрачности.
Эффект О. н. является основой ряда методов когерентной лазерной спектроскопии. Его применение в первую очередь связано с возможностью прямых измерений матричных элементов квантовых переходов.
Эффект О. н. наблюдался также и в случае многофотонных переходов - при двухфотонном поглощении (см. Многофотонное поглощение)и вынужденном комбинац. рассеянии света.

Лит.: Маныкин Э. А., Самарцев В. В., Оптическая эхо-спектроскопия, М., 1984; см. также лит. при ст. Двухуровневая системч.

К. П. Дрийович.