Зміст
1. Вступ
2. Електромагнітні імпульси у середовищі
2.1 Взаємодія електромагнітних хвиль з речовиною
2.2 Квантовій опис атомів і резонансна взаємодія з електромагнітним полем
2.3 «Площа» імпульсів і їх вплив на атом
3. Загальна характеристика явища фотонної луни та його експериментальне спостереження
3.1 Якісній розгляд. Аналогія зі спіновою луною
3.2 Експеріментальне дослідження явища
3.3 Місце фотонної луні серед інших явищ нелінійної оптики
4. Математичній апарат для опису фотонної луні
Висновки
Література
Вступ
Мета роботи - розповісти про клас нестаціонарних фізичних явищ - ефекти ехо-камера, з яких фотонна ехо-камера - одне з найбільш яскравих і таких, що володіють чудовими перспективами практичного вживання.
Знаходячись в горах, лісі або просто величезному залі, ми чуємо ехо-камеру - віддзеркалення голосно виголошених звуків з деякою затримкою в часі. Ехо-камера пояснюється віддзеркаленням звукових хвиль від перешкод - схилів гір, узлісь лісу, стенів будинків. Це явище відоме людині з незапам'ятних часів. Само назва "ехо-камера" означає ім'я німфи, яка перетворилася на тінь в покарання за свою балакучість (по одній з легенд) так, що вона могла повторювати лише кінці слів. Тоді людині явище ехо-камера здавалася таємничою. Людина одушевляла довколишню природу. Сьогодні ми б сказали, що людина неживу природу наділяла властивостями штучного інтелекту: вона запам'ятовувала сказану людиною словесну фразу і відтворювала її через деякий час, тобто володіла пам'яттю і властивостями обробки інформації. Вже давно явище ехо-камера широко використовується в технології, наприклад при вимірі глибини ехолотом, а в нашому XX столітті - в радіолокації.
Ті явища, які сьогодні включають в назву термін "ехо-камера", мають абсолютно іншу фізичну природу. Такі явищ дуже багато: ехо-камера спину, фотонна ехо-камера, циклотронна ехо-камера, плазмова ехо-камера, електроакустична ехо-камера, осциляторна ехо-камера, поляризаційна ехо-камера і ін. У всіх цих явищах ми маємо справу з рухом (в основному що коливає або обертальним) великого числа більш менш незалежних елементів: механічних або магнітних моментів ядер, дипольних моментів атомів або молекул, пружними коливаннями малих часток або фероелектричних і феромагнітних доменів і так далі Всім цим явищам властиво така властивість, як когерентність і звернення в часі. Під зверненням часу слід розуміти такий процес, який повторює послідовність подій деякого руху в зворотному по ходу часу порядку. У свою чергу, поняття когерентності широко використовується в науці в різному контексті. Само слово "когерентність" означає узгодженість. У загальній фізиці під когерентністю слід розуміти рух декількох осциляторів (коливань) з постійною в часі різницею фаз. У оптиці для опису явища інтерференції світлових променів існує точніше визначення, засноване на використанні властивостей кореляційних функцій джерел випромінювань. У побутовому сенсі рух регулярний, синхронізоване для великого числа учасників процесу можна вважати когерентним, тоді як їх випадковий, незалежний один від одного хаотичний рух буде некогерентним. На цьому далі зупинимося детально, але спочатку розглянемо просту наочну модель на побутовому, добре відомому прикладі для розуміння конкретних нестаціонарних ефектів типа ехо-камери.
Електромагнітні імпульси у середовищі
Рис. 1.2 Обмін фотоном між двома електронами
Діаграма на мал. 2 відображає обмін фотоном між двома електронами: один електрон в крапці 1 випускає фотон, який потім в крапці 2 поглинається другим електроном. Як вже говорилося, такого роду обмін наводить до появи взаємодії; т. о., дана діаграма змальовує елементарний акт електромагнітної взаємодії двох електронів. Складніші діаграми, відповідні такій взаємодії, повинні враховувати можливість обміну декількома фотонами; одна з них змальована на мал. 1.3.
Мал..1.3. Взаємодія між фотоном і електроном
У наведених прикладах виявляється деяка загальна властивість діаграм, що описують взаємодію між електронами і фотонами: всі діаграми складаються з простих елементів — вершинних частин, або вершин, одна з яких (мал. 4) представляє випускання, а інша (мал. 5) — поглинання фотона електроном. Обоє ці процесу окремо заборонені законами збереження енергії і імпульсу. Проте якщо така вершина входить як складова частина в деяку складнішу діаграму, як це було в розглянутих прикладах, то квантова невизначеність енергії, що виникає через те, що на проміжному етапі деяка частка існує короткий час Dt, знімає енергетичну заборону.
Мал.1.4 Взаємодія між позитроном та електроном
Частки, які народжуються, а потім поглинаються на проміжних етапах процесу, називаються віртуальними (на відміну від реальних часток, що існують досить тривалий час). На мал. 1 це — віртуальний електрон, що виникає в крапці 1 і зникаючий в крапці 2, на мал. 2 — віртуальний фотон і так далі Часто говорять, що взаємодія переноситься віртуальними частками. Можна декілька умовно прийняти, що частка віртуальна, якщо квантова невизначеність її енергії DE порядку середнього значення енергії частки, і її можна називати реальною, якщо DE << (для відносно повільно рухомих часток з нерівною нулю масою спокою m ця умова зведеться до нерівності DE << mc2).
Діаграми Фейнмана не лише дають наочне зображення процесів, але і дозволяють за допомогою певних математичних правил обчислювати вірогідність цих процесів. Не зупиняючись детально на цих правилах, відзначимо, що в кожній вершині здійснюється елементарний акт взаємодії, що наводить до перетворення часток (тобто до знищення одних часток і народження інших). Тому кожна з вершин дає вклад в амплітуду вірогідності процесу, причому цей вклад пропорційний константі взаємодії тих часток (або полів), лінії яких зустрічаються у вершині. У всіх приведених вище діаграмах такою константою є електричний заряд е. Чим більше вершин містить діаграма процесу, тим у вищій мірі входить заряд у відповідне вираження для амплітуди вірогідності процесу. Так, амплітуда вірогідності, відповідна діаграмам 1 і 2 з двома вершинами, квадратична по заряду (~ е2), а діаграма 3 (що містить 4 вершини) наводить до амплітуди, пропорційної четвертої міри заряду (~ е4). Крім того, в кожній вершині потрібно враховувати закони збереження (за винятком закону збереження енергії — його застосовність лімітується квантовим співвідношенням неопределенностей для енергії і часу): імпульсу (що відповідає кожній вершині акт взаємодії може статися в будь-якій точці простору отже, імпульс визначений точно), електричного заряду і так далі, а також вводити множники, залежні від спинів часток.
Вище були розглянуті лише прості види діаграм для деяких процесів. Ці діаграми не вичерпують всіх можливостей. Кожну з простих діаграм можна доповнити безконечним числом діаграм, що усе більш ускладнюються, включають все більше число вершин. Наприклад, приведену на мал. 1 "нижчу" діаграму Комптон-ефекту можна ускладнювати, вибираючи довільно пари крапок на електронних лініях і сполучаючи ці пари хвилястою фотонною лінією, оскільки число проміжних (віртуальних) фотонних ліній не лімітоване.
Висновки
За минулі роки було вивчено багато незвичайних властивостей фотонного відлуння найрізноманітніших модифікацій. Наприклад, ехо-камери в багаторівневих системах, ехо-камери при багатофотонному резонансі, модифікованої ехо-камери. Використовуючи техніку фотонної ехо-камери отримують багату інформацію про структуру, динаміку, кінетичні процеси кристалічних і аморфних речовин, напівпровідників і діелектриків, надпровідників, а також всіляких рідин і газів. Удалося виміряти багато їх параметрів з надвисокою точністю, недоступною якими-небудь іншими методами. Виникла нова область наукових досліджень - оптична ехо-камера-спектроскопія.
Явище фотонної ехо-камери обіцяє цілий ряд перспективних технічних вживань в області оптоелектроніки. Річ у тому, що на відміну від магнітних резонансів ЕПР і ЯМР фотонна ехо-камера володіє всіма перевагами оптичного діапазону, а саме надшвидкодією і многоканальностью. Тобто можна створити такі умови, при яких в кристалі розміром 1 см паралельно працюватиме велика кількість світлових променів (порядка 108), що складаються з оптичних імпульсів тривалістю в 1 пс (10-12 з). В даний час розроблений принцип роботи і зроблені макети пристроїв оптичної пам'яті великої ємкості для використання в комп'ютерних системах. Створені лабораторні пристрої по автоматичній обробці інформації - фільтри, змішувачі, розгалуджувачі, логічні елементи, векторно-матричні помножувачі, системи розпізнавання образів і пристроїв штучного інтелекту. Розробки продовжуються.
Література
1. C.V. Heer, Mc Manamon P.F., Opt.Соmmun., 23, N1, 49, 1977.
2. E.I. Shtyrcov, N.L. Nevelskaia, V.S. Lobkov, N.G. Yarmukhametov. Phys.Stat. Solid (b), 98, 1980.
3. E.L. Hahn. Phys.Rеv., 80, 580, 1950.
4. M.S. Shiron. Appl.Phys.Lett., 33, 4, 299, 1978.
5. Абрагам А.. Ядерний магнетизм, ІЛ, М., 1963.
6. Аллен Л., Дж.Эберли. Оптичний резонанс і дворівневі атоми, "Світ", М., 1978.
7. Маныкин Э.А., Самарцев В.В. Оптическая эхо-спектроскопия. М.: Наука, 1984. 270 с.
8. Штирков Е.І, B.C.Лобков, Н.Г.Ярмухаметов. Листи в ЖЕТФ, 27, стр.12, 685, 1978.
9. Штирков Е.І. Оптика і спектроскопія, 45, стр.603, 1978.
10. Железняков В.В. Что такое сверхизлучение // Соросовский Образовательный Журнал. 1997. № 4. С. 52-54.
11. Трифонов Е.Д. Сверхизлучение - спонтанное излучение многоатомной системы // Там же. 1996. № 12. С. 75-80.
Зміст
1. Вступ
2. Електромагнітні імпульси у середовищі
2.1 Взаємодія електромагнітних хвиль з речовиною
2.2 Квантовій опис атомів і резонансна взаємодія з електромагнітним полем
2.3 «Площа» імпульсів і їх вплив на атом
3. Загальна характеристика явища фотонної луни та його експериментальне спостереження
3.1 Якісній розгляд. Аналогія зі спіновою луною
3.2 Експеріментальне дослідження явища
3.3 Місце фотонної луні серед інших явищ нелінійної оптики
4. Математичній апарат для опису фотонної луні
Висновки
Література
Вступ
Мета роботи - розповісти про клас нестаціонарних фізичних явищ - ефекти ехо-камера, з яких фотонна ехо-камера - одне з найбільш яскравих і таких, що володіють чудовими перспективами практичного вживання.
Знаходячись в горах, лісі або просто величезному залі, ми чуємо ехо-камеру - віддзеркалення голосно виголошених звуків з деякою затримкою в часі. Ехо-камера пояснюється віддзеркаленням звукових хвиль від перешкод - схилів гір, узлісь лісу, стенів будинків. Це явище відоме людині з незапам'ятних часів. Само назва "ехо-камера" означає ім'я німфи, яка перетворилася на тінь в покарання за свою балакучість (по одній з легенд) так, що вона могла повторювати лише кінці слів. Тоді людині явище ехо-камера здавалася таємничою. Людина одушевляла довколишню природу. Сьогодні ми б сказали, що людина неживу природу наділяла властивостями штучного інтелекту: вона запам'ятовувала сказану людиною словесну фразу і відтворювала її через деякий час, тобто володіла пам'яттю і властивостями обробки інформації. Вже давно явище ехо-камера широко використовується в технології, наприклад при вимірі глибини ехолотом, а в нашому XX столітті - в радіолокації.
Ті явища, які сьогодні включають в назву термін "ехо-камера", мають абсолютно іншу фізичну природу. Такі явищ дуже багато: ехо-камера спину, фотонна ехо-камера, циклотронна ехо-камера, плазмова ехо-камера, електроакустична ехо-камера, осциляторна ехо-камера, поляризаційна ехо-камера і ін. У всіх цих явищах ми маємо справу з рухом (в основному що коливає або обертальним) великого числа більш менш незалежних елементів: механічних або магнітних моментів ядер, дипольних моментів атомів або молекул, пружними коливаннями малих часток або фероелектричних і феромагнітних доменів і так далі Всім цим явищам властиво така властивість, як когерентність і звернення в часі. Під зверненням часу слід розуміти такий процес, який повторює послідовність подій деякого руху в зворотному по ходу часу порядку. У свою чергу, поняття когерентності широко використовується в науці в різному контексті. Само слово "когерентність" означає узгодженість. У загальній фізиці під когерентністю слід розуміти рух декількох осциляторів (коливань) з постійною в часі різницею фаз. У оптиці для опису явища інтерференції світлових променів існує точніше визначення, засноване на використанні властивостей кореляційних функцій джерел випромінювань. У побутовому сенсі рух регулярний, синхронізоване для великого числа учасників процесу можна вважати когерентним, тоді як їх випадковий, незалежний один від одного хаотичний рух буде некогерентним. На цьому далі зупинимося детально, але спочатку розглянемо просту наочну модель на побутовому, добре відомому прикладі для розуміння конкретних нестаціонарних ефектів типа ехо-камери.
Електромагнітні імпульси у середовищі
Дата: 2019-05-29, просмотров: 240.
