Determination of the characteristic frequency of two–level system in the modulated optical field

Abstract

Interaction between a two-level system and strong nonmonochromatic electromagnetic field has been the focus of attention of the laser technique and fiber optics for a long time. The influence of the modulated optical signal on the active medium, when the amplitude and phase (or frequency) vary arbitrary in time, is important in many problems, such as interaction of ultrashort pulses with the resonant amplifier, change of the line shape, the emission perturbation theory, self-focusing of light, etc. In this article, a new computational procedure is proposed for a two-level system in the strong harmonically modulated optical field. Expressions for polarization and population difference of a quantum system have been obtained in the form of the Fourier series. The characteristic frequency has been determined numerically. It depends not only upon the intensity of the carrier wave and the detuning magnitude but also upon the depth and frequency of modulation. The computational technique is applicable both for amplitude and phase modulation.

Dviejų lygmenų sistemos sąveika stipriu moduliuotu elektromagnetiniu laukujau seniai yra pluoštinės optikos ir lazerinė; dėmesio centre. Moduliuoto optmio signalo poveikis dviejų lygmenų sistemai, kai amplitudė ir dažnis nėra pastovūs, aktualus daugelį uždavinių, pavyzdžiui, trumpųjų šviesos impulsų sąveiką su netiesine rezonansine sistema lazeriuose, linijos fonno savaiminės spinduliuotės lauke, šviesos pluošto savaiminį fokusavimą, šuolių relaksacinių dydžių matavimą ir kt. Dažniai rūšies uždaviniai nėra analiziškai tiksliai išspręsti. Šiame straipsnyje kvantinė rezonansinė sistema aprašyta Bloch'o lygtimis. Poliarizacijos ir aktyviųjų atomų koncentracij ieškota Fourier eilučių pavidalu. Išvestos Fourier hannoniloĮ rekurentinės lygtys. Sistemos būdingasis dažnis priklauso nuo m dažnio ir intensyvumo. Skaitinės būdingojo dažnio vertės randamos prilyginant nuliui algebrinių lygčių determinantą. skaičiavimo metodika gali būti naudojama ir amplitudinės, ir dažninės moduliacijos atvejais.