МНОГОФОТОННЫЕ ПРОЦЕССЫ

МНОГОФОТОННЫЕ ПРОЦЕССЫ процессы
взаимодействия электромагнитного излучения с веществом, сопровождающиеся
поглощением или испусканием (или тем и другим) нескольких электромагнитных
квантов (фотонов) в элементарном акте.

Осн. трудность наблюдения М. п.-их чрезвычайно
малая вероятность по сравнению с однофотонными процессами. В оптич. диапазоне
до появления лазеров наблюдались только двухфотон-ные процессы при
рассеянии света: резонансная флуоресценция (см. Люминесценция), релеевское
рассеяние света, Мандельштама - Брил-люэна рассеяние и комбинационное
рассеяние света. При резонансной флуоресценции (рис., а) атом
или молекула поглощают в элементарном акте одновременно один фотон возбуждающего
излучения hw1 и испускают один фотон hwсамой энергии. Рассеивающий атом при этом снова оказывается на том же самом
уровне энергии E1. В элементарном акте бриллюэновского и комбинационного
рассеяний в результате поглощения и испускания фотонов рассеивающая частица
оказывается на уровне энергии, удовлетворяющем закону сохранения энергии
для всего двухфотонного процесса в целом: увеличение энергии частицы Е- Е1 равно разности энергий поглощённого и испущенного фотонов hw1
-hwб). После появления лазеров стало
возможным наблюдение процессов многофотонного возбуждения, когда в элементарном
акте одновременно поглощается неск. фотонов возбуждающего излучения (рис.,
в). Так, при двухфотонном возбуждении атом или молекула одновременно поглощают
два фотона hw1 и hw2 и оказываются в возбуждённом состоянии
с энергией Е 1 + (hw1 + + hw(см. Вынужденное рассеяние света, Нелинейная оптика).

Схемы квантовых переходов для двухфо-тонных
процессов; а - в случае резонансной флуоресценции; б -комбинационного
Рассеяния и рассеяния Мандельштама -риллюэна; в - двухфотонного
возбуждения.

Представление о М. п. возникло в квантовой
теории поля для описания взаимодействия излучения с веществом. Это
взаимодействие описывается через элементарные однофотонные акты поглощения
и испускания фотонов, причём р-приближению теории возмущений соответствует
элементарный акт с одновременным участием р фотонов; р-фо-тонный
переход можно рассматривать как переход, происходящий в р этапов
через р - 1 промежуточных состояний системы: сначала поглощается
(или испускается) один фотон и система из состояния Ео переходит
в состояние Е1, затем поглощается (или испускается) второй фотон и система
оказывается в состоянии Ер
элементарных
однофотонных актов система оказывается в конечном состоянии Е1.

В случае М. п. с поглощением или вынужденным
испусканием р фотонов одинаковой частоты со величина вероятности
перехода пропорциональна числу фотонов этой частоты в степени р, т.
е. интенсивности излучения в этой степени.

Вероятность М. п. с участием р фотонов
отличается от вероятности М. п. с участием (р - 1) фотона множителем,
к-рый в оптич. диапазоне для нерезонансных разрешённых дипольных электрич.
переходов (см. Квантовые переходы)

тонов вероятность перехода резко уменьшается.
В случае лазерных источников уже достигнуты столь большие плотности

участием большого числа фотонов становятся
сравнимыми с вероятностями однофотонных переходов.

Правила отбора для М. п. отличны от правил
отбора для однофотонных. В системах с центром симметрии диполь-ные электрич.
переходы с участием чётного числа фотонов разрешены только между состояниями
с одинаковой чётностью, а с участием нечётного числа фотонов - между состояниями
с разной чётностью. На новых правилах отбора для М. п. основано одно из
наиболее принципиальных применений М. п.-многофотонная спектроскопия. Измерение
спектров многофотонного поглощения позволяет оптич. методами исследовать
энергетич. состояния, возбуждение к-рых запрещено из осн. состояния в однофотонных
процессах.

В отличие от однофотонных процессов, закон
сохранения энергии при М. п. может быть выполнен при результирующем переходе
атома из более низкого в более высокое энергетич. состояние не только с
поглощением, но и с испусканием отд. фотонов. Поэтому М. п. лежат в основе
методов преобразования частоты излучения лазеров и создания новых перестраиваемых
по частоте лазерных источников излучения (генераторов гармоник, генераторов
комбинационных частот, параметрических генераторов света и т. п.).
На основе М. п. возможно также создание перестраиваемых по частоте источников
мощного оптического излучения.

Лит.: Бонч-Бруевич А. М., X о-довой
В. А., Многофотонные процессы, "Успехи физических наук", 1965, т. 85, в.
1, с. 3 - 67; их же, Многофотонные процессы в оптическом диапазоне, "Изв.
АН БССР, сер. физико-математических наук", 1965, № 4, с. 13-32.

В. А. Ходовой.

А Б В Г Д Е Ё Ж З И Й К Л М Н О П Р С Т У Ф Х Ц Ч Ш Щ Ъ Ы Ь Э Ю Я