Эффект просветления в обычных условиях

[pupsik]

Эффект просветления - это многократное уменьшение коэффициента поглощения при достижении некоторого уровня интенсивности излучения.

Вопрос 1. Возможен ли эффект просветления для поглощения света в обычных условиях, без создания монохроматических пучков и специальной поглощающей среды? Иными словами, верно ли, что при достижении некоторого уровня яркости обычного света все наши стены станут для него прозрачными?

Вопрос 2. Можно ли объяснить эффект просветления как следствие того, что ЭМ волны достаточно большой интенсивности можно рассматривать как классические (максвелловские) волны, пренебрегая квантовыми эффектами? Иными словами, уравнения Максвелла предсказывают небольшой коэффициент поглощения для света у тел в обычных условиях (то есть, все стены предсказываются как полупрозрачные, да ещё и с большой зависимостью от направления), а квантовые эффекты его сильно увеличивают (если фотонов не очень много), но если интенсивность излучения очень велика, то фотонов становится очень много, и становится возможным использовать уравнения Максвелла, не "разбирая" на фотоны.

[Munin]

Читаем внимательно, а не отвлекаясь после первой же фразы:

Цитата:

ПРОСВЕТЛЕНИЯ ЭФФЕКТ - увеличение прозрачности среды под действием интенсивных потоков эл--магн. излучения. В большинстве случаев П. э. обусловлен уменьшением резонансного поглощения в веществе и, следовательно, проявляется лишь в определённой, часто весьма узкой области спектра.

(Физическая Энциклопедия)

Таким образом,
на вопрос 1 - эффект бывает в редких специальных случаях. Обычно наоборот, при поглощении света в среде возникают лишние свободные заряды, и повышая интенсивность света, мы повышаем поглощение.
на вопрос 2 - механизм другой. Дальше в статье Энциклопедии про это рассказано подробнее.

[pupsik]

Munin в сообщении #1155403 писал(а):

Таким образом,
на вопрос 1 - эффект бывает в редких специальных случаях.

Да, я читал эту статью.
Однако, у меня возник вопрос: а что, если материал этой статьи не совсем точен? Что, если, например, при ещё бОльшем увеличении интенсивности эффект будет возникать не только в "редких специальных случаях"? Всё-таки, это статья энциклопедии, которая, скорее всего, писалась одним человеком, поэтому написанная там информация может быть предвзятой. Особенно, учитывая то, что все эти процессы очень сложные.

Munin в сообщении #1155403 писал(а):

Обычно наоборот, при поглощении света в среде возникают лишние свободные заряды, и повышая интенсивность света, мы повышаем поглощение.

Я не нашёл в статье про свободные заряды, но, допустим, это так: под действием сильного излучения несвободные заряды могут быть вырваны и стать свободными (и пусть даже это приведёт к поглощению, а не к отражению).
Однако, как я понимаю, в поглощении основную роль играют квантовые эффекты, потому что взаимодействие фотонов с чем-либо имеет свойство портить частоты (наподобие эффекта Комптона), т.е., если внешних фотонов приходит мало, то их частоты практически тут же "портятся", и внешнее излучение тут же переходит в тепло. Интуиция подсказывает, что этот эффект гораздо сильнее, чем добавление свободных зарядов (к тому же, чисто конкретно приводит именно к поглощению, а не к частичному отражению). Кажется, что при очень больших интенсивностях влияние квантовых эффектов должно стремиться к нулю, а вот появление свободных зарядов не должно это скомпенсировать, потому что влияние этого значительно слабее (и больше похоже на отражение).

[Munin]

pupsik в сообщении #1155443 писал(а):

Однако, у меня возник вопрос: а что, если материал этой статьи не совсем точен?

Тогда вам надо углубиться в современные статьи, обзоры и монографии.

pupsik в сообщении #1155443 писал(а):

Что, если, например, при ещё бОльшем увеличении интенсивности эффект будет возникать не только в "редких специальных случаях"?

В общих чертах я описал, что и как будет происходить.

Ещё более интенсивные поля - это эффекты типа поляризации вакуума и пробоя вакуума.

Ещё более интенсивные - это переход от электромагнетизма к электрослабому взаимодействию. И дальше - Terra incognita.

В общем, нет, не прослеживается того, что вы предположили.

pupsik в сообщении #1155443 писал(а):

Однако, как я понимаю, в поглощении основную роль играют квантовые эффекты, потому что взаимодействие фотонов с чем-либо имеет свойство портить частоты (наподобие эффекта Комптона), т.е., если внешних фотонов приходит мало, то их частоты практически тут же "портятся", и внешнее излучение тут же переходит в тепло. Интуиция подсказывает, что этот эффект гораздо сильнее, чем добавление свободных зарядов

А я не вижу разницы, это две стороны одной монеты: поглощения энергии. Конечно, только часть энергии пойдёт на ионизацию.

pupsik в сообщении #1155443 писал(а):

Кажется, что при очень больших интенсивностях влияние квантовых эффектов должно стремиться к нулю

Вот это странное мнение.

При больших интенсивностях могут вырасти коллективные эффекты. Но они тоже квантовые.

[pupsik]

Munin в сообщении #1155450 писал(а):

Тогда вам надо углубиться в современные статьи, обзоры и монографии.

Буду рад хорошим ссылкам.

Munin в сообщении #1155450 писал(а):

pupsik писал(а):

Кажется, что при очень больших интенсивностях влияние квантовых эффектов должно стремиться к нулю

Вот это странное мнение.

При больших интенсивностях могут вырасти коллективные эффекты. Но они тоже квантовые.

А разве коллективный квантовый эффект, это не есть классический (при интенсивности, стремящейся к бесконечности)?
Например, когда мы рассматриваем взаимодействие кристаллических решёток с радиоволнами, мы пренебрегаем квантовыми эффектами, потому что в радиоволнах обычной интенсивности настолько высокая плотность фотонов, что их можно считать классическими полями.

[Munin]

pupsik в сообщении #1155483 писал(а):

Буду рад хорошим ссылкам.

Нет, боюсь, это вы сами. Не я, по крайней мере. Я могу только arXiv и Google Scholar подсказать.

pupsik в сообщении #1155483 писал(а):

А разве коллективный квантовый эффект, это не есть классический (при интенсивности, стремящейся к бесконечности)?

Не всегда. Вот ваш пример с радиоволнами - это практически единственный такой пример.

[AL Malino]

0. Механизмов, приводящих к т.н. "эффекту просветления", существует, вообще говоря, несколько (как я вижу, в статье по указанной ссылке большинство из них перечислено). Однако…

1. В обычных условиях названный эффект может возникнуть, разве что, с пренебрежимо малой вероятностью, поскольку действительно необходимы как специальные среды, так и излучение с весьма специфическими характеристиками (по спектральному составу, временóнму профилю, когерентности, интенсивности и пр. и пр.). О наблюдении Э.П. в плотных аморфных средах я допрежь не слыхал.

2. Квантовое или классическое описание данного эффекта — вопрос совершенно не принципиальный (за исключением очень редких случаев, может быть). Ответить на ту часть вопроса, где Вы муссируете некие "квантовые эффекты", однозначно невозможно, поскольку не ясно, что за эффекты конкретно Вы имеете в виду.

Хотелось бы всё же отметить некоторую неточность в статье. В ней делается упор на интенсивные потоки излучения. Это, вообще говоря, необязательное условие. Или, может быть, точнее будет сказать, что критерий "интенсивности" определяется свойствами среды. И в ряде случае корректнее будет описывать явление не в терминах классических э.м. волн, а перейти к квантово-статистическому описанию.

pupsik в сообщении #1155483 писал(а):

Буду рад хорошим ссылкам.

Ну, в статье же пара-тройка ссылок имеется. Начните с них. Наверняка, к каждой из работ прилагается ещё не менее пары десятков. Но, боюсь, Вы берётесь осилить неподъёмную тему, число оригинальных работ по каждому из разделов которой может достигать нескольких сотен. Обзоров и монографий, естественно, меньше. Но одолеть хотя бы малую часть из них тоже будет стоить серьёзных трудов. В общем, начните со списка, прилагаемого к статье «Нелинейная оптика».

[pupsik]

AL Malino в сообщении #1155512 писал(а):

Квантовое или классическое описание данного эффекта — вопрос совершенно не принципиальный (за исключением очень редких случаев, может быть).

Почему он не принципиальный? Почти во всех статьях, где описывается поглощение в оптическом диапзоне, речь идёт об энергетических уровнях молекул, фононов или ещё чего-нибудь. Пример: http://www.booksite.ru/fulltext/1/001/008/105/174.htm
Я не понимаю, каким образом можно здесь использовать классическое описание.

-- 28.09.2016, 22:53 --

Просьба ещё прокомментировать фразу из википедии:

wikipedia писал(а):

Most materials show some saturable absorption, but often only at very high optical intensities (close to the optical damage). At sufficiently high incident light intensity, atoms in the ground state of a saturable absorber material become excited into an upper energy state at such a rate that there is insufficient time for them to decay back to the ground state before the ground state becomes depleted, and the absorption subsequently saturates.

https://en.wikipedia.org/wiki/Saturable_absorption

[Munin]

А в Википедии ссылки есть? Потому что это может быть в лучшем случае эффектом узкой полосы поглощения. А если излучение широкополосное, то атомы продолжают возбуждаться, пока не ионизуются.

[Xey]

pupsik в сообщении #1155537 писал(а):

Просьба ещё прокомментировать фразу из википедии:

Просветление это насыщение поглощения. Электроны нижних уровней поглощают фотон и переходят на верхние . Через некоторое время они возвращаются вниз, обычно выделяя тепло. С ростом интенсивности на нижних остается мало электронов , поглощать нечему , свет проходит.


Есть уровни на которых время жизни продолжительное, на них поглощение насыщается быстрее и просветление наступает раньше, чем разрушение материала. Отсюда спектральная зависимость (это применяют в разреженных газах, например, насыщенное поглощение в парах йода).
Второй способ сохранить материал от перегрева это очень короткие импульсы.

[AL Malino]

pupsik в сообщении #1155537 писал(а):

AL Malino в сообщении #1155512 писал(а):

Квантовое или классическое описание данного эффекта — вопрос совершенно не принципиальный (за исключением очень редких случаев, может быть)

Почему он не принципиальный? Почти во всех статьях, где описывается поглощение в оптическом диапзоне, речь идёт об энергетических уровнях молекул, фононов или ещё чего-нибудь. Пример: http://www.booksite.ru/fulltext/1/001/008/105/174.htm
Я не понимаю, каким образом можно здесь использовать классическое описание.

Да очень простым. Всё, что нам нужно знать для описания данного явления это соотношение населённостей различных уровней (основные, возбуждённые, промежуточные, "тёмные"…) в среднем по среде при взаимодействии с излучением (или несколькими видами излучения). В ряде случаев с учётом фазы. Т.е. задача состоит в том, чтобы правильно составить и решить кинетические дифференциальные уравнения для них (и для излучения тоже, разумеется). А для этого, в общем-то, вовсе не нужно знать, как и что "на самом деле" происходит — все микроскопические (т.е. отражающие квантовый характер взаимодействия света с веществом) механизмы оказываются "зашитыми" в коэффициенты (или в сечения переходов). В ряде простейших случаев даже представление об излучении как о э.м. волне оказывается излишним, подход становится чисто формальным: имеется в наличии некий поток чего-то там...

pupsik в сообщении #1155537 писал(а):

Просьба ещё прокомментировать фразу из википедии:

Если бы Вы ещё сказали, какой конкретно момент из сказанного нужно прокомментировать, было бы проще. Впрочем, споткнулся я на первой же фразе: со словом 'Most' я не согласен категорически! Уж чего-чего, а просветления от большинства материалов Вам не удастся добиться никакими средствами, если, конечно, необходимым условием поставить то, что после сеанса просветления среда должна бы сохранить все прочие свои свойства и желательно структуру.
Я попытаюсь объяснить своими словами, в чём тут дело. Немножко упрощу, извините, но не в ущерб сути дела.
Ситуация-то проста: среда является (или, как в нашем случае, — становится) прозрачной для излучения тогда, когда в ней отсутствуют состояния (уровни энергии) из которых она при взаимодействии со светом способна перейти в некоторые другие состояния, из которых дальнейший переход куда бы то ни было под действием света уже невозможен. Поэтому-то, переведя молекулы/атомы из основного состояния в возбуждённое или "тёмное", мы в дальнейшем и можем с умилением дивиться, как прежде поглощающая среда вдруг сама собой становится прозрачной. В газах, ряде жидкостей, кристаллах, специально приготовленных гетероструктурах найти подходящие переходы особого труда не составляет. Но, как правило, это всё работает для излучения с достаточно узким спектром — вне этой полосы материалы и так прозрачны.
В твёрдых аморфных телах (а таких в нашем мире большинство) ситуация иная: во-первых, в них релаксация из возбуждённых состояний в основное достаточна быстра, и, во-вторых (это, пожалуй, главное), из возбуждённых состояний возможно дальнейшее поглощение излучения. Причём всевозможных переходов просто неисчислимое количество (вот почему спектр поглощения для них широк, "сплошен" и практически бесструктурен). Поэтому "опустошить" активные состояния Вам не удастся никакими ухищрениями.