Τι (ποιος) είναι Многофотонные процессы - ορισμός
Многофотонные процессы
процессы взаимодействия электромагнитного излучения с веществом, сопровождающиеся поглощением или испусканием (или тем и другим) нескольких электромагнитных квантов (Фотонов) в элементарном акте.
Основная трудность наблюдения М. п. - их чрезвычайно малая вероятность по сравнению с однофотонными процессами. В оптическом диапазоне до появления Лазеров наблюдались только двухфотонные процессы при рассеянии света: резонансная флуоресценция (см. Люминесценция), релеевское рассеяние света, Мандельштама - Бриллюэна рассеяние и Комбинационное рассеяние света. При резонансной флуоресценции (рис., а) атом или молекула поглощают в элементарном акте одновременно один фотон возбуждающего излучения ћω1 и испускают один фотон ћω2 той же самой 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 E2 - E1 равно разности энергий поглощённого и испущенного фотонов ћω1 - ћω2 (рис., б). После появления лазеров стало возможным наблюдение процессов многофотонного возбуждения, когда в элементарном акте одновременно поглощается несколько фотонов возбуждающего излучения (рис., в). Так, при двухфотонном возбуждении атом или молекула одновременно поглощают два фотона ћω1 и ћω2 и оказываются в возбуждённом состоянии с энергией E2 = E1 + (ћω1 + ћω2) (см. Вынужденное рассеяние света, Нелинейная оптика).
Представление о М. п. возникло в квантовой теории поля (См. Квантовая теория 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-фотонный 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 E0 переходит в состояние E1, затем поглощается (или испускается) второй фотон и система оказывается в состоянии E2 и т. д.; наконец, в результате р элементарных однофотонных актов система оказывается в конечном состоянии Eр.
В случае М. п. с поглощением или вынужденным испусканием р фотонов одинаковой частоты ω 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, который в оптическом диапазоне для нерезонансных разрешенных дипольных электрических переходов (см. Квантовые переходы) Многофотонные процессы (Есв/Еат)2, где Есв - амплитуда напряжённости электрического поля излучения, Еат - средняя напряжённость внутриатомного электрического поля (Многофотонные процессы 109 в/см). Для всех нелазерных источников излучения Есв << Еат и с увеличением числа фотонов вероятность перехода резко уменьшается. В случае лазерных источников уже достигнуты столь большие плотности мощности излучения (1015 вт/см2), что Есв/Еат Многофотонные процессы 1 и вероятности М. п. с 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 дипольные электрические 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 оптическими методами исследовать энергетические состояния, возбуждение которых запрещено из основного 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 энергетическое состояние не только с поглощением, но и с испусканием отдельных 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 (См. Параметрические генераторы света) и т. п.). На основе М. п. возможно также создание перестраиваемых по частоте источников мощного оптического излучения.
Лит.: Бонч-Бруевич А. М., Ходовой 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.
Схемы квантовых переходов для двухфотонных процессов; а - в случае резонансной флуоресценции; б - комбинационного рассеяния и рассеяния Мандельштама - Бриллюэна; в - двухфотонного возбуждения.
Многофотонные процессы
Многофотонные процессы — процессы испускания или поглощения электромагнитного излучения атомами, молекулами или электронами, которые в результате всякого элементарного акта взаимодействия приобретают (или теряют) энергию за счёт одновременного поглощения (или испускания) нескольких фотонов. Согласно закону сохранения энергии, при многофотонном переходе между квантовыми состояниями, разность их энергий всегда равна суммарной энергии поглощённых (или излучённых) фотонов.
Энергетические процессы в клетке
Энергетические процессы в клетке — процессы обмена веществ, обеспечивающие снабжение клеток энергией для выполнения актов жизнедеятельности. В основном они относятся к процессам катаболизма, так как среди них важное значение имеет расщепление богатых энергией (питательных) веществ.
Βικιπαίδεια
Многофотонные процессы
Многофотонные процессы — процессы испускания или поглощения электромагнитного излучения атомами, молекулами или электронами, которые в результате всякого элементарного акта взаимодействия приобретают (или теряют) энергию за счёт одновременного поглощения (или испускания) нескольких фотонов. Согласно закону сохранения энергии, при многофотонном переходе между квантовыми состояниями, разность их энергий всегда равна суммарной энергии поглощённых (или излучённых) фотонов. Вероятность многофотонных процессов понижается с ростом на единицу числа участвующих в них фотонов в раз, где - амплитуда напряжённости электрического поля излучения, - средняя напряжённость электрического поля внутри атома Поэтому многофотонные процессы с числом фотонов большим двух, проявляются заметным образом лишь в электромагнитных полях, создаваемых излучением лазеров, сравнимых по напряжённости с внутриатомными полями . Примерами многофотонных процессов являются: многофотонные переходы между квантовыми состояниями, многофотонная ионизация, многофотонный фотоэффект, комбинационное рассеяние. Многофотонные процессы используются в нелинейной спектроскопии, оптических преобразователях частоты, параметрических генераторах света.
