23.06.2025

Физики МГУ предложили квантово-механический способ расчета нелинейной восприимчивости атомарного газа

Учёные Московского университета предложили новый квантово-механический способ аналитического расчета нелинейной восприимчивости произвольного порядка атомарного газа. Для этого ими был применен уникальный непертурбативный теоретический подход к расчету отклика одиночного атома на воздействие интенсивных лазерных полей и оригинальный метод расчета общего отклика среды. 

При воздействии лазерного излучения в среде возникает вектор поляризации, который нелинейным образом зависит от интенсивности света. Результатом такого воздействия является множество нелинейно-оптических эффектов: генерация гармоник и суперконтинуума, филаментационное распространение излучения в веществе и др. Для успешного и эффективного описания таких явлений необходимо знание тензоров нелинейной восприимчивости среды, с помощью которых обычно анализируется индуцированный вектор поляризации. Как правило, конкретные значения тензоров нелинейной восприимчивости среды определяются феноменологически путем сравнения экспериментальных явлений с расчетами в рамках теоретических моделей либо рассчитываются с помощью простых моделей, требующих дополнительного определения параметров вещества.

«Ключевым элементом расчета является “умное” суммирование генерируемых векторов поляризации от всех атомов, которое позволяет рассчитать значение поля в конкретной точке среды. Этот трюк с суммированием не сложнее школьной задачи олимпиадного уровня», — говорит ассистент кафедры оптики, спектроскопии и физики наносистем физического факультета МГУ Кирилл Львов.

Важным следствием полученных аналитических формул для расчета нелинейной восприимчивости 2-го, 3-го, 4-го, 5-го и более высоких порядков является их удобный анализ. 

«Сравнивая значения нелинейных восприимчивостей различных порядков, мы можем определить область интенсивности лазерного излучения, при которой стандартное разложение нелинейной поляризации среды в ряд по электрическому полю становится некорректным, а также исследовать различные каналы генерации излучения на определенных длинах волн. Кроме того, разработанный нами способ расчета позволяет предложить метод определения параметров многокомпонентных сред с высокими значениями нелинейностей, что открывает новые возможности по генерации когерентного излучения в различных спектральных диапазонах с высокой эффективностью», — подчёркивает профессор кафедры оптики, спектроскопии и физики наносистем физического факультета МГУ  Сергей Стремоухов.

Источник:  Пресс-служба МГУ