2335501485

Rozdział 1

Procesy parametryczne

1.1 Oddziaływanie światła z materią

Wpływ ośrodków materialnych na propagację światła, został zauważony już wieki temu. Starożytni Rzymianie zaobserwowali, że odpowiednio wypolerowane szkło pozwala na odczytywanie niewielkich napisów, a sam Neron stosował tego typu "okulary”, aby móc z większą wyrazistością podziwiać walki gladiatorów. Pierwszy matematyczny opis oddziaływania światła (jako fali elektromagnetycznej) z materią został w formalny sposób zapisany w postaci układu równań różniczkowych przez Maxwella w połowie XIX wieku, kładąc tym samym podwaliny dla optyki klasycznej.

Do czasu przełomowej chwili, jaką było zademonstrowanie pierwszego działającego lesera przez Maimana [1] w roku 1960, oddziaływanie światła z materią opisywane było za pomocą tzw. optyki liniowej. W takim przypadku, odpowiedź ośrodka wyindukowana przez padające na niego światło, jest linowa funkcją pobudzającego pola elektrycznego. Za pomocą optyki liniowej wytłumaczyć można większość obserwowanych zjawisk otaczających nas w życiu codziennym, między innymi: absorpcję, ugięcie, odbicie, całkowite wewnętrzne odbicie, etc... Wraz z odkryciem lasera, przy wykorzystaniu silnie zogniskowanej wiązki lasera, często pracującego w trybie pracy impulsowej, pojawiła się możliwość uzyskiwania niezwykle wysokich natężeń światła. Dzięki temu możliwe stały się badania zjawisk oddziaływania światła z materią, w nieosiągalnym wcześniej reżimie.

W sytuacji, gdy natężenie światła jest niewielkie, chmura elektronowa w atomach ośrodka zachowuje się jak klasyczny oscylator harmoniczny pobudzany oscylującą siłą wywołaną drgającym polem elektrycznym fali. W takim przypadku wychylenie elektronu ze stanu równowagi jest proporcjonalne do siły wymuszającej, tj. pola elektrycznego. Korzystając z tego założenia, Lorentz wyprowadził teorię poprawnie opisującą współczynnik załamania ośrodka oraz straty związane z propagacją - absorpcję.

W przypadku, gdy padająca na ośrodek fala świetlna ma dostatecznie wysokie natężenie, tzn. takie, że towarzyszące jej pole elektryczne staje się porównywalne z polem elektrycznym w atomie, wychylenie elektronów ze stanu równowagi