Ефект Перселла

Ефект Перселла — підсилення флуоресцентного спонтанного випромінювання молекули оточенням. Ефект відкрив Едвард Міллз Перселл як підсилення випромінювання атома в резонаторі[1]. Величина підсилення задається множником Перселла[2]:

${\displaystyle F_{P}={\frac {3}{4\pi ^{2}}}\left({\frac {\lambda _{c}}{n}}\right)^{3}\left({\frac {Q}{V}}\right)\,}$

де ${\displaystyle (\lambda _{c}/n)}$ — довжина хвилі в матеріалі, ${\displaystyle Q}$ — добротність резонатора, а ${\displaystyle V}$ — його об'єм.

Одну з інтерпретацій дає квантова електродинаміка в резонаторі[3]. Золоте правило Фермі говорить, що ймовірність переходу для системи атом у вакуумі або атом у резонаторі пропорційний густині кінцевих станів. У резонаторі в умовах резонансу густина кінцевих станів зростає (хоча саме число станів не обов'язково). Множник Перселла є відношенням густини станів у резонаторі

${\displaystyle \rho _{c}={\frac {1}{\Delta \nu V}}}$

до густини станів у вільному просторі[4]

${\displaystyle \rho _{f}={\frac {8\pi n^{3}\nu ^{2}}{c^{3}}}.}$

Оскільки

${\displaystyle Q=\nu /\Delta \nu ,}$

${\displaystyle \rho _{c}/\rho _{f}={\frac {c^{3}}{8\pi n^{3}\nu ^{2}}}{\frac {Q}{\nu V}}={\frac {1}{8\pi }}\left({\frac {\lambda }{n}}\right)^{3}\left({\frac {Q}{V}}\right),}$

що дає правильний результат з точністю до сталого множника.

Теорія[5][6] передбачає, що фотонне середовище може контролювати швидкість радіаційної рекомбінації джерела світла.

Ефект Перселла можна використати для моделювання однофотонних джерел для квантової криптографії[7]. Контроль швидкості спонтанного випромінювання, а отже, підвищення ефективності генерації фотона є важливою вимогою при розробці однофотонних джерел на квантових точках[8].

Виноски

1. E. M. Purcell, Phys. Rev. 69, 681 (1946). DOI web link
2. Архівована копія. Архів оригіналу за 17 липня 2011. Процитовано 10 травня 2017. 
3. S. Haroche; D. Kleppner (1989). Cavity Quantum Dynamics. Physics Today: 24—30. Bibcode:1989PhT....42a..24H. doi:10.1063/1.881201. 
4. D. Kleppner (1981). Inhibited Spontaneous Emission. Physical Review Letters. 47 (4): 233—236. Bibcode:1981PhRvL..47..233K. doi:10.1103/PhysRevLett.47.233. 
5. V. P. Bykov, Spontaneous emission from a medium with a band spectrum, Soviet Journal of Quantum Electronics 4, 861 (1975).
6. E. Yablonovitch, Inhibited spontaneous emission in solid-state physics and electronics, Physical Review Letters 58, 2059(1987).
7. M. C. Münnix; A. Lochmann; D. Bimberg; V. A. Haisler (2009). Modeling Highly Efficient RCLED-Type Quantum-Dot-Based Single Photon Emitters. IEEE Journal of Quantum Electronics. 45 (9): 1084—1088. Bibcode:2009IJQE...45.1084M. doi:10.1109/JQE.2009.2020995. 
8. D. Bimberg, E. Stock; A. Lochmann; A. Schliwa, J. A. Tofflinger; W. Unrau. M. C. Münnix, S. Rodt, V. A. Haisler, A. I. Toropov, A. Bakarov, A. K. Kalagin (2009). Quantum Dots for Single- and Entangled-Photon Emitters. IEEE Photonics Journal. 1 (1): 58—68. doi:10.1109/JPHOT.2009.2025329.