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Abstract

Using Lehmberg's master equation and taking into account dipole-dipole near-field interaction the time-dependent intensity pattern, intensity – and angular correlations of the cooperative spontaneous radiation from an initially fully excited system of three identical two-level atoms are calculated. The intensity pattern developes lobes in different directions at different times in such a way that contrary to the two-atom system the spatial distribution of the total number of the emitted photons differs from that of the single-atom radiation pattern. In particular three atoms placed in proper distances on a straight line emit preferentially their energy along this line. At the beginning of the emission process the probability to find two photons simultaneously in the same (or geometrical equivalent) direction is always highest but in the course of time, contrary to the two-atom case, it may well happen that the probability of finding two photons in quite different directions becomes more favoured.

Kooperative spontane Emission eines anfänglich vollstandig angeregten Systems von drei gleichen Zwei-Niveau-Atomen

Es werden der richtungsabhängige Intensitäts-Zeit-Verlauf sowie die Intensitäts- und Winkelkorrelationen der spontanen Strahlung eines kooperativ emittierenden, anfänglich vollständig angeregten Systems von drei gleichen Zwei-Niveau-Atomen mit Hilfe der Lehmbergschen Mastergleichung unter Berücksichtigung der Dipol-Dipol-Nahfeldwechselwirkung berechnet. Die Richtcharakteristik der Intensität zeigt zu verschiedenen Zeiten Keulen in unterschiedlichen Richtungen derart, daß im Gegensatz zum Zwei-Atomfall die Richtungsverteilung der insgesamt emittierten Photonen von der Ein-Atomrichtcharakteristik abweicht.

Insbesondere strahlen drei, in geeignetem Abstand auf einer Geraden angeordnete Atome vorzugsweise in Richtung der Verbindungslinie. Zu Beginn des Ausstrahlungsprozesses ist die Wahrscheinlichkeit, zwei Photonen gleichzeitig in derselben (bzw. geometrisch äquivalenten) Richtung zu finden, immer am größten. Im Verlauf der Zeit kann es jedoch im Gegensatz zum Zwei-Atomsystem dazu kommen, daß die simultane Emission zweier Photonen in völlig verschiedene Richtungen bevorzugt ist.