Сверхизлучение - спонтанное излучение многоатомной системы
Кратко остановимся на некоторых перспективах применения этого явления, которые нашли отражение в литературе. Давно обсуждается вопрос о возможности наблюдения сверхизлучения на ядерных переходах, то есть в гамма-диапазоне частот электромагнитного излучения. Получены теоретические оценки параметров таких систем и выбраны возможные типы ядерных сиситем и размеры кристалла, содержащие в необходимой концентрации радиоактивные ядра. Принципиальную трудность представляет осуществление короткой накачки, создающей инверсию.
Существует явление, в некотором смысле противоположное сверхизлучению и получившее название субизлучение. Этот факт связан с возможностью создания таких когерентных многоатомных состояний, излучение из которых запрещено. Такие состояния уже наблюдались экспериментально. Вопрос в том, как искусственно создать такие состояния и как переключать субизлучательный канал на сверхизлучательный, чтобы запасенная в системе энергия могла быть преобразована в энергию сверхкороткого импульса электромагнитного излучения. Одна из идей заключается в использовании трехуровневой схемы переходов. Субизлучательное состояние по отношению к переходу между парой уровней может быть преобразовано в сверхизлучательное с помощью «подмешивания» к одному из одноатомных рабочих состояний третьего состояния с близким энергетическим уровнем. Причем это в принципе может быть осуществлено когерентным импульсом микроволнового диапазона. Таким образом, предлагается устройство, которое позволило бы управлять мощным электромагнитным излучением с помощью низкоэнергетического уровня.
Другим важным объектом приложения концепции сверхизлучения является лазер на свободных электронах. Лазер на свободных электронах (или ондулятор) представляет собой устройство, в котором поток электронов движущихся со скоростью, близкой к скорости света, приходит через пространственно-периодическое магнитное поле. Под влиянием силы Лоренца электроны испытывают ускорение в поперечном направлении и поэтому излучают электромагнитные волны, сосредоточенные в узком конусе вдоль направления своего основного движения. Это поле, взаимодействуя с электронами, усиливает процесс излучения. Интенсивность выходящего излучения зависит от соотношения фаз колебаний поля и электронов. В режиме высокого усиления взаимодействие электронов с собственным полем излучения приводит к корреляции фаз колебаний отдельных электронов. В результате интенсивность излучения будет пропорциональна не числу излучающих электронов, а квадрату этого числа. Хотя описанный процесс носит классический характер, была обнаружена математическая аналогия его теории с теорией квантового сверхизлучения, о котором рассказано выше. Ограничимся здесь этими примерами.
Нет сомнения в том, что в дальнейшем появится новые области физики, в которой сверхизлучение будет обнаружено, и что оно найдет широкое практическое применение.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Dicke R.H. // Phys. Rev. 1954. V. 93. P. 99.
2. Skribanowitz N., Herman I.P., MacGillivray J.C., Feld M.S. // Phys. Rev. Lett. 1973. V.30 № 8. P.309.
3. Трифонов Е.Д. Оптический аналог эффекта Мёссбауэра // Соросовский Образовательный Журнал. 1996. № 11. С. 96-102
4. Florian R., Schwan L., Schmid D. // Phys. Rev.A.1984. V.29. № 5. P.2709.
5. Malikov R.F., Trifonov E.D. // Opt. Comm. 1984. V.52. №1. P.74.
6. Варнавский О.П., Киркин А.М., Леонтович А.М. и др. // Журн. экспкрим. и теорет. физики. Т.86. № 4. С.1227.
7. Божанов Н.А., Буляница Д.С., Зайцев А.И. и др. // Там же. 1990. Т.97. № 6. С. 1995.
8. Benedict M.G., Ermolaev A.M., Malyshev V.A. et al. // Superradiance. Bristol; Philadelphia: Inst. Phys. Publ., 1996. P.326