Кіріспе
Радиациялық тұтқындау, резонанстық сәулеленудің тұтқындалуы, спектрлік сызықтардың радиациялық ауысуы, сызықтардың ауысуы немесе сәулеленудің диффузиясы - физикадағы құбылыс, онда сәулелену бір атомнан шығарылып, екіншісі сіңіре отырып, жүйеде "қамауға алынуы" мүмкін.
Классикалық сипаттама
Классикалық тұрғыдан радиациялық тұтқындауды фотондардың бұлттың бірнеше атомдары арқылы шашырауының көп құбылысы деп қарастыруға болады. Бұл диффузиялық проблема ретінде емдеуге себеп болады. Мұндайда, бірінші кезекте, жарықтың орташа еркін жолын қарастыруға болады, ол шашыратушылар тығыздығының және шашырату қимасының өзара қимасы ретінде анықталады: шашырату диаграммасы изотроптық деп қарапайымдылық үшін қабылдауға болады, бұл жалпы бұрыштық импульстің бірдей көптігі бар атомдар үшін жақсы шамалау болып табылады. Классикалық шекте біз электромагниттік энергия тығыздығын таралған деп ойлаймыз. Сонымен, біз диффузиялық тұрақтыны үш өлшемде қарастырамыз, көшу уақыты қайда. Транспорт уақыты шашырату оқиғалары арасындағы топтық кешіктіруді және эластикалық шашырату процесімен байланысты Вигнердің кешіктіру уақытын қамтиды. Бұл топтық жылдамдықтың қайда екені деп жазылады. Фотондар резонансқа жақын болған кезде атом буындағы қозған күйдің өмір сүру мерзімі , детунингке тәуелсіз, тасымалдау уақытына тең. Бұл ыңғайлы, өйткені шашырату оқиғаларының орташа саны жүйеде өткізген уақыт пен қозған күйдің өмір сүру мерзіміне (немесе, біркелкі, шашырату уақыты) қатынасы. 3D диффузиялық процесте электромагниттік энергия тығыздығы , ретінде тарағандықтан, біз фотондардың қашып кетуінен бұрын шашырау оқиғаларының орташа санын таба аламыз: Соңында, шашырау оқиғаларының саны оптикалық тереңдікке келесідей байланысты болуы мүмкін. , шашырату оқиғаларының саны оптикалық тереңдіктің квадратына қарай шашырасады.
One can assume for simplicity that the scattering diagram is isotropic, which ends up being a good approximation for atoms with equally populated sublevels of total angular momentum. In the classical limit, we can think of the electromagnetic energy density as what is being diffused. So, we consider the diffusion constant in three dimensions,
where is the transport time. The transport time accounts for both the group delay between scattering events and Wigner's delay time, which is associated with an elastic scattering process. It is written as
where is the group velocity. When the photons are near resonance, the lifetime of an excited state in the atomic vapor is equal to the transport time, , independent of the detuning. This comes in handy, since the average number of scattering events is the ratio of the time spent in the system to the lifetime of the excited state (or equivalently, the scattering time). Since in a 3D diffusion process the electromagnetic energy density spreads as , we can find the average number of scattering events for a photon before it escapes:
Finally, the number of scattering events can be related to the optical depth as follows. Since , the number of scattering events scales with the square of the optical depth.
Холштейн теңдеуін шешудің сандық әдістері
Атомдық физикадағы көптеген қазіргі зерттеулер Холштейн теңдеуінің сандық шешімдерін пайдаланады, бұл олардың тәжірибелік жүйесінде сәулеленудің тұтқынына түсетінін көрсетеді және оның атомдық спектрлерге әсерін талқылайды. Радиациялық тұтқындау әртүрлі эксперименттерде, соның ішінде цезий атомдарын магнитооптикалық тұзаққа (MOT) тұтқындауда, стронций атомдарының тығыз Ридберг газдарын спектроскопиялық сипаттауда және лазерлік жақсарту үшін допталған иттербий (III) оксиді өмір бойына талдауларда байқалды. Холштейн теңдеуін шешу немесе симуляциялау үшін Монте-Карло әдісі кеңінен қолданылады. Белгілі бір мөлдірсіздігі, атомдық түрлері, Доплер кеңейтілген сызық пішіні және т.б. бар эксперимент үшін сіңіру коэффициенті есептеледі, содан кейін фотондардың атомдық бу арқылы ұшудан кейін қашып кететінін тексеру үшін сынақ жүргізіледі (анықтамадағы 1-суретті қараңыз). Басқа әдістерге Холштейн теңдеуін сызықтық жалпыланған өзіндік құн проблемасына айналдыру жатады, бұл есептеу жағынан қымбат және бірнеше жеңілдетуші болжамдарды пайдалануды қажет етеді, соның ішінде, бірақ Холштейн теңдеуінің ең төменгі өзіндік режимі параболалық пішінде, атом буы сфералық, атом буы жақын резонанстық лазерді сөндіргеннен кейін тұрақты күйге жетті және т.б.