Электромагнитно-индуцированная прозрачность

Эффекты когерентного пленения населенности (КПН) и электромагнитной индуцированной прозрачности (ЭИП) в квантовых системах рассматривается в настоящее время как возможная база для создания ряда новых оптических технологий: запись и хранение оптической информации, спектроскопия и магнитометрия, нелинейная оптика слабых полей (на уровне нескольких квантов). В ИПФ РАН проводятся активные теоретические и экспериментальные исследования КПН в атомных ансамблях с вырожденными энергетическими уровнями и проявлений этого эффекта при снятии вырождения магнитным полем. Получены практически важные результаты, позволяющие увеличить чувствительность и динамический диапазон магнитометров, основанных на эффекте КПН. Теоретически и экспериментально исследована возможность бесконтактных измерений локальных значений величины и направления магнитного поля в плазме (метод основан на когерентном пленении населенности при взаимодействии поляризованного бихроматического излучения со средой возбужденных вырожденных по зеемановским подуровням атомов и ионов в присутствии магнитного поля). Предварительные оценки показывают, что метод применим для значений магнитного поля от нескольких десятков гаусс до нескольких тесла в широком диапазоне изменения параметров плазмы – от термоядерной до газоразрядной плазмы низкого давления.

Многообещающими (в плане продвижения от стадии физических демонстраций к высоким технологиям) представляются исследования эффектов КПН и ЭИП в конденсированных средах. Твердотельные среды обладают целым рядом преимуществ по сравнению с газами, среди которых высокая плотность активных ионов/атомов, отсутствие тепловой диффузии, компактность, простота и удобство в обращении, что немаловажно для практических применений. Дополнительным преимуществом является также возможность комбинирования долгого времени хранения записанной в спиновой модуляции информации, которое может быть еще увеличено за счет замедления распада ядерной спиновой когерентности с помощью стандартной ЯМР техники, с быстрыми оптическими процессами возбуждения и распада. В настоящее время в ИПФ РАН начаты исследования возможности реализации режима КПН в кристаллах, допированных ионами редкоземельных металлов.

Новые возможности открываются при исследовании параметрических волновых процессов в многоуровневых средах с возбужденной квантовой когерентностью и их классических плазменных аналогах. В ИПФ РАН аналитически и численно исследованы особенности динамики самовоздействия в полосе электромагнитной индуцированной прозрачности (ЭИП) в трехуровневых системах. Явление ЭИП состоит в формировании «окна прозрачности» в зоне резонансного поглощения в поле бихроматического излучения. Определены условия самофокусировки пробного волнового пучка в поле накачки. Показано, что самофокусировка излучения сопровождается укручением переднего фронта импульса и формирования ударной волны огибающей.

Найдены и исследованы классические аналоги когерентных эффектов в многоуровневых квантовых средах – ЭИП и стимулированного излучения в отсутствии инверсии (СБИ). Соответствующими аналогами являются параметрически индуцированная прозрачность внутри зоны циклотронного поглощения или в окрестности верхнего гибридного резонанса (ВГР) и циклотронная параметрическая неустойчивость. Показано, что в современных тороидальных установках параметрически индуцированная прозрачность может быть использована в диагностических целях – для вывода верхнегибридного излучения плотной плазмы в вакуум при помощи частотной конверсии (характерное значение интенсивности микроволновой накачки, необходимое для реализации данного эффекта, составляет порядка 100 кВт/см²).