МНОГОФОТО́ННЫЕ ПРОЦЕ́ССЫ

МНОГОФОТО́ННЫЕ ПРОЦЕ́ССЫ, про­цес­сы взаи­мо­дей­ст­вия элек­тро­маг­нит­но­го из­лу­че­ния с ве­ще­ст­вом, при ко­то­рых в од­ном эле­мен­тар­ном ак­те про­ис­хо­дит по­гло­ще­ние или ис­пус­ка­ние (или и то и дру­гое) не­сколь­ких фо­то­нов. При этом со­вер­ша­ет­ся т. н. мно­го­фо­тон­ный пе­ре­ход ме­ж­ду кван­то­вы­ми со­стоя­ния­ми $|1\rangle$ и $|2\rangle$, со­от­вет­ст­вую­щи­ми уров­ням энер­гии $ℰ_1$ и $ℰ_2$ отд. кван­то­вых сис­тем (ато­мов, мо­ле­кул, при­мес­ных цен­тров и т. п.). Раз­ность энер­гий ко­неч­но­го $|2\rangle$ и на­чаль­но­го $|1\rangle$ со­стоя­ний $ℰ_2-ℰ_1$ рав­на раз­но­сти энер­гий по­гло­щён­ных и ис­пу­щен­ных фо­то­нов и оп­ре­де­ля­ет их час­то­ту $ω=(ℰ_2-ℰ_1)/\hbar$, где $\hbar$ – по­сто­ян­ная План­ка.

М. п. со­став­ля­ют ос­но­ву раз­но­об­раз­ных эф­фек­тов, про­яв­ляю­щих­ся в из­ме­не­нии ха­рак­те­ри­стик элек­тро­маг­нит­но­го из­лу­че­ния, со­стоя­ния и свойств ве­ще­ст­ва. К ним от­но­сят­ся мно­го­фо­тон­ное по­гло­ще­ние све­та и ис­пус­ка­ние, мно­го­фо­тон­ная ио­ни­за­ция ато­мов и мо­ле­кул, мно­го­фо­тон­ный фо­то­эф­фект, разл. ви­ды рас­сея­ния све­та и др. Ка­ж­дый фо­тон, воз­ни­каю­щий при М. п., мо­жет ис­пус­кать­ся либо спон­тан­но, ли­бо под дей­ст­ви­ем внеш­не­го из­лу­че­ния. В со­от­вет­ст­вии с этим М. п. под­раз­де­ля­ют на спон­тан­ные и вы­ну­ж­ден­ные (ин­ду­ци­ро­ван­ные): спон­тан­ное и вы­ну­ж­ден­ное рас­сея­ние све­та, спон­тан­ное и вы­ну­ж­ден­ное мно­го­фо­тон­ное из­лу­че­ние (см. Ком­би­на­ци­он­ное рас­сея­ние све­та, Ман­дель­шта­ма – Брил­лю­эна рас­сея­ние, Па­ра­мет­ри­че­ское рас­сея­ние).

М. п., при ко­то­рых ко­неч­ное кван­то­вое со­стоя­ние мно­го­фо­тон­но­го пе­ре­хо­да сов­па­да­ет с ис­ход­ным, на­зы­ва­ют ко­ге­рент­ны­ми, т. к. в этом слу­чае фа­зы взаи­мо­дей­ст­вую­щих волн жё­ст­ко свя­за­ны ме­ж­ду со­бой. К ко­ге­рент­ным М. п. от­но­сят­ся ге­не­ра­ция гар­мо­ник, ге­не­ра­ция сум­мар­ных и раз­но­ст­ных час­тот ла­зер­но­го из­лу­че­ния, па­ра­мет­рич. уси­ле­ние и ге­не­ра­ция и др. (см. Не­ли­ней­ная оп­ти­ка).

Воз­мож­ность тех или иных М. п. оп­ре­де­ля­ет­ся от­бо­ра пра­ви­ла­ми для со­от­вет­ст­вую­щих мно­го­фо­тон­ных пе­ре­хо­дов. Эти пра­ви­ла су­ще­ст­вен­но от­ли­ча­ют­ся от та­ко­вых для од­но­фо­тон­ных про­цес­сов по­гло­ще­ния и ис­пус­ка­ния.

Ве­ро­ят­ность М. п. с уча­сти­ем $m$ фо­то­нов рез­ко за­ви­сит от ин­тен­сив­но­сти из­лу­че­ния. По­это­му до по­яв­ле­ния ла­зе­ров кро­ме од­но­фо­тон­ных про­цес­сов на­блю­да­лись толь­ко двух­фо­тон­ные про­цес­сы при рас­сея­нии све­та: ре­зо­нанс­ная лю­ми­нес­цен­ция, рэ­ле­ев­ское рас­сея­ние све­та, спон­тан­ное ком­би­на­ци­он­ное рас­сея­ние све­та и рас­сея­ние Ман­дель­шта­ма – Брил­лю­эна. Вы­со­кие ин­тен­сив­но­сти ла­зер­но­го из­лу­че­ния по­зво­ля­ют на­блю­дать М. п. вплоть до $m≈$ 20–30 и бо­лее.