SEARCH

SEARCH BY CITATION

Abstract

By extending a previously developed method [9] to the case of saturation, the interaction of a nonmonochromatic light beam with a saturable m-photon-absorber (m = 1, 2,…) is theoretically investigated for frequency widths of the incident light being small compared to the bandwidth of the absorber. It turns out that by averaging the exact Heisenberg equation of motion of the operator for the slowly varying field amplitude with respect to the atomic relaxation time and by taking the expectation value over the absorbing atomic system a reduced single-mode equation can be derived, which refers to a mode volume precisely defined in physical terms. The resulting reduced Heisenberg equation of motion for the radiation field is compared to the single-mode density matrix equation following from the method of SCULLY and LAMB. For ideal laser light and for chaotic light it is used to study the change of photon statistics in dependence on the degree of saturation and on the ratio of inhomogeneous and homogeneous linewidth.

Gesättigte Mehr-Photonen-Absorption eines nichtmonochromatischen quantisierten Feldes

Die Wechselwirkung eines nichtmonochromatischen Lichtstrahls mit einem sättigbaren m-Photonen-Absorber (m = 1, 2,…) wird für Frequenzbreiten des eingestrahlten Lichtes, die schmal im Vergleich zur Absorberbandbreite sind, theoretisch untersucht, indem eine früher entwickelte Methode [9] auf den Fall der Sättigung erweitert wird. Es stellt sich heraus, daß eine reduzierte Ein-Moden-Gleichung, die sich auf ein physikalisch genau definiertes Modenvolumen bezieht, abgeleitet werden kann, wenn man die exakte Heisenbergsche Bewegungsgleichung des Operators der langsam veränderlichen Feldamplitude über die atomare Relaxationszeit mittelt und den Erwartungswert bezüglich des Systems der absorbierenden Atome bildet. Die sich ergebende reduzierte Heisenbergsche Bewegungsgleichung für das Strahlungsfeld wird mit der nach der Methode von SCULLY und LAMB folgenden Ein-Moden-Dichtematrixgleichung verglichen und wird angewandt, um für ideales Laserlicht und für chaotisches Licht die Änderung der Photonenstatistik in Abhängigkeit vom Sättigungsgrad und vom Verhältnis zwischen inhomogener und homogener Linienbreite zu untersuchen.