Deux photons peuvent-ils exciter consécutivement un électron?

Nov 27 2020

Je sais qu'une énergie de photons est quantifiée et qu'elle peut exciter un électron borné d'un état d'énergie à l'autre, ce qui dépend de l'énergie que le photon porte ma question est que deux photons peuvent-ils exciter par conséquent un électron à partir d'un état initial (disons E1) à E2 puis E3 sans que l'électron ne tombe de E2 à E1 entre les deux.

Réponses

3 CrazyGoblin Nov 27 2020 at 11:09

Réponse courte: oui .

Pourquoi pas? Un électron peut toujours continuer à gagner de l'énergie à partir de photons compatibles et se déplacer vers des niveaux d'énergie de plus en plus élevés (jusqu'à ce qu'il quitte enfin l'atome lui-même!) Tant que le temps entre les excitations consécutives n'est pas suffisant pour que l'électron retombe à son état fondamental.

La relaxation (passer d'un état excité à un état d'énergie inférieure) se fait par trois voies:

  • Émission spontanée (temps: $\sim 10^{-8}$s)
  • Émission stimulée
  • désintégration non radiative

Tout cela prend du temps et ne se produit pas instantanément. Donc, si l'électron est ré-excité avant qu'il ne se détende à un état d'énergie inférieur, alors il passera certainement à un état d'énergie encore plus élevé$E_n, \ n>1$.

2 Vadim Nov 27 2020 at 15:48

Pour ajouter à la réponse de @CrazyGoblin. Chaque état peut être caractérisé par une vie ,$\tau_i$, qui caractérise le taux de relaxation $\Gamma_{i\rightarrow 0}=1/\tau_i$à l'état fondamental. L'induction d'une absorption à un état d'énergie plus élevé nécessite que l'absorption se produise plus rapidement que la relaxation. En d'autres termes, le taux d'absorption, donné par la règle d'or de Fermi,$\Gamma_{i\rightarrow j}$, doit être plus élevé que le taux de relaxation à l'état fondamental (de préférence beaucoup plus élevé, pour que l'effet soit clairement observable): $$ \Gamma_{i\rightarrow j} \gg \Gamma_{i\rightarrow 0}. $$ Le taux d'absorption étant proportionnel au carré de l'élément matriciel, c'est-à-dire au carré du champ induisant l'absorption, cela nécessite généralement des champs optiques très forts, et en tant que tel appartient au domaine de l'optique non linéaire . L'absorption à partir de l'état fondamental a évidemment l'avantage que l'état fondamental a une durée de vie infinie, et l'absorption peut être facilement observée même pour des champs relativement faibles.

Enfin, permettez-moi de noter que compte tenu des champs forts et des couplages non dipolaires appropriés, on peut observer une absorption à deux et multi-photons même en l'absence de niveaux intermédiaires.