Fluctuation and Relaxation Properties of a Two-Level-System Influenced by a Nonstationary External Field

Authors


Abstract

The structural dependence of the longitudinal and transversal relaxation times of a two-level-system on the transition frequency ω0 and the temperature of the coupled dissipative system has been derived. The fluctuation operators are explicitely given in dependence on the operators and the constants of the dissipative and the two-level-system; the corresponding fluctuation correlators have been calculated. If additionally a time-dependent external force F(t) acts on the system, then the fluctuation correlators depend on the temporal behavior of this force. Due to this effect the run of nonstationary processes which are initiated by quantum noise (e.g., scattering processes) is affected. These considerations have been applied to the case of spontaneous anti-Stokes Raman scattering with biharmonic vibrational excitation by ultra-short light pulses. The strength of the external force, which gives rise to an appreciable time dependence of the correlators, has been estimated.

Abstract

Fluktuations- und Relaxationseigenschaften eines Zweiniveausystems bei nichtstationärer äußerer Anregung

Longitudinale und transversale Relaxationszeiten für Zweiniveausysteme werden in ihrer strukturellen Abhängigkeit von Temperatur und Übergangsfrequenz ω0 berechnet. Die Fluktuationsoperatoren werden explizit in Abhängigkeit von den Operatoren des dissipativen Modellsystems und des Zweiniveausystems angegeben und die zugehörigen auch für das nichtstationäre Regime gültigen Fluktuationskorrelatoren ermittelt. Wenn eine zusätzliche, zeitabhängige äußere Kraft F(t) auf das dynamische System wirkt, so hängen die Fluktuationskorrelatoren vom Zeitverlauf dieser Kraft ab. Damit wird auch das Zeitverhalten von nichtstationären aus dem Quantenrauschen entstehenden Prozessen (z. B. Streuprozessen) über die Fluktuationskorrelatoren von der Treiberkraft F(t) beeinflußt. Dieser Einfluß wurde am Beispiel der spontanen Antistokes-Ramanstreuung (Teststrahlmethode) bei biharmonischer Schwingungsanregung durch ultrakurze Lichtimpulse diskutiert. Die notwendige Erregerkraft F(t), bei der die Korrelatoren merklich zeitabhängig werden, wurde abgeschätzt.

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