电磁推迟相互作用与光的高阶受激辐射和吸收过程的时间反演对称性破坏

采用量子力学微扰论方法证明,尽管量子力学运动方程和辐射场与带电粒子的电磁相互作用Hamiltonian量在时间反演下保持不变,考虑到辐射场的推迟效应(多极矩效应)后,光的高阶受激辐射和受激吸收过程是破坏时间反演对称性的.产生时间反演对称性破坏的原因在于,束缚态原子不同能级间的跃迁要满足能量守恒关系,以及束缚态原子本身的某些特殊性质,导致某些跃迁子过程被禁戒或无法实现,从而使另外一些可实现的跃迁子过程的时间反演对称性被破坏.这些可实现的跃迁子过程就是实际观察到的物理过程,它们一般是不可逆的.时间反演对称性破坏也与束缚态原子在时间反演前后初始态的不对称有关,对于能级连续分布的非束缚态带电粒子与辐射场间的相互作用,就不存在这种时间反演对称性破坏.因此考虑辐射场的推迟效应和高阶修正后,光的受激辐射和受激吸收系数是不一样的,这种修正能为非平衡态激光物理学和非线性光学提供更为合理的理论基础.

电磁推迟相互作用和非线性光学过程的时间反演对称性破坏

在文献[1]中，通过量子力学的计算证明，考虑到电磁推迟相互作用后，光的高阶受激辐射与吸收过程存在时间反演对称性破坏。在此基础上，本文进一步讨论光学倍频、和频、差频过程，光学双稳态过程，光学自聚焦和自发散过程，光回波现象，以及光的自变透明和自变吸收等非线性光学过程中存在的时间反演对称性破坏现象。