Частота Раби определяется выражением
— дипольный момент, — электрическое поле излучения.
Из определения следует, что частота Раби (англ. Rabi frequency) количественно описывает взаимодействие резонансного излучения с дипольным моментом атома или молекулы. Под действием резонансного лазерного излучения интенсивностью населенность возбужденного уровня атомной системы осциллирует с частотой Раби (иногда их называют биениями Раби) [1]:
Термин частота Раби назван именем американского физика, уроженца Галиции, лауреата Нобелевской премии по физике (1944 г.) Исидора Раби. В 1937 году Раби исследовал прецессию магнитного дипольного момента атома со спином 1/2 в магнитном поле и вероятность изменения направления спина атома на противоположное. Оказалось, что «переворот» спина происходит с частотой Раби, величина которой определяется выше приведенной формулой (англ. Rabi problem).
Для нерезонансного света вводится так называемая Обобщенная Раби частота .
где есть отстройка лазерного света от резонансного атомного перехода. Обобщенная Раби частота участвует в модели Джейнса-Каммингса, которая является самой простой и в то же время адекватной моделью взаимодействия двухуровнего атома с одной модой квантованного поля в резонаторе с высокой добротностью.
В 1946 г. Парселл (англ. Purcell) обратил внимание на то, что скорость спонтанного излучения двухуровневой системы, помещенной в резонатор, увеличивается пропорционально отношению
по сравнению со скоростью спонтанного излучения в свободном пространстве (эффект Парселла) [2],
здесь
— добротность и объем моды резонатора, соответственно. Если добротность резонатора
велика, так что
, то спонтанное излучение становится обратимым, а атом обменивается энергией с созданным им же полем со скоростью, определяемой вакуумной частотой Раби
.
Предположим, мы имеем пустой высокодобротный одномодовый резонатор. Если в такой резонатор влетает атом, находящийся в возбужденном состоянии , то вакуумные флуктуации моды резонатора сынициируют спонтанное испускание атомом фотона. В результате атом окажется в основном состоянии . Так как резонатор добротный, то испущенный фотон перепоглотится и атом снова перейдет в возбужденное состояние. Таким образом, вследствие вакуумных флуктуаций поля в резонаторе, атом будет осциллировать между его уровнями. Такие осцилляции напоминают поведение атома под действием резонансного лазерного поля поэтому описанные переходы атома из состояния в состояние и обратно, вызванные вакуумными флуктуациями поля в пустом добротном резонаторе, называют вакуумной Раби частотой .
Вакуумные осцилляции наблюдались на ридберговских переходах атомов в микроволновых резонаторах [3] и на оптических переходах в микрорезонаторах [4]. Аналитическое выражение для вакуумной Раби частоты имеет вид:
где
,
— объем моды резонатора,
— вектор поляризации моды,
— частота поля,
— операторы рождения и уничтожения фотона,
— описывает пространственное распределение моды резонатора.
(см. также Сизифово охлаждение#Переменный Штарк эффект (AC-Stark effect))
У атома, находящегося в резонансном, когерентном поле, появляются новые зависящие от времени состояния, которые описывают с помощью «одетых» состояний («одетых» полем). В строгом смысле считать их собственными состояниями нельзя, но для описания системы их охотно и успешно используют.
В основе этого понятия лежит известный эффект Штарка. Атом, помещенный во внешнее электрическое поле , меняет свою энергию. В результате энергетические уровни атома смещаются на величину , где — дипольный момент атома. В 1955 г. Отлер и Таунс опубликовали работу, в которой представлены результаты исследования эффекта Штарка в интенсивных резонансных полях [5] (см. en:Autler–Townes effect). Оказалось, что под действием переменного электрического поля, в том числе при освещении светом, уровни атома также смещаются. С этого времени этот эффект называют «Переменным Штарк-эффектом» (в англоязычной литературе этот эффект — AC-Stark effect или Autler-Townes effect):
где — Частота Раби, — отстройка частоты лазера от атомного резонанса В 1977 году К. Коэн-Таннуджи ввел понятие одетые состояния.[6]
Если приложить импульс поля длительностью так, что , то атом перейдет из состояния в состояние (см. формулу для ). Такой импульс называют -импульс.
В случае, когда частица в результате импульсного воздействия за время перейдет в суперпозиционное состояние , такой импульс называют -импульсом.
УДК 535(082) ББК 22.34 52487
Данная страница на сайте WikiSort.ru содержит текст со страницы сайта "Википедия".
Если Вы хотите её отредактировать, то можете сделать это на странице редактирования в Википедии.
Если сделанные Вами правки не будут кем-нибудь удалены, то через несколько дней они появятся на сайте WikiSort.ru .