Decaimiento óptico

La desintegración óptica es el proceso de relajación de la excitación de un sistema cuántico excitado, generalmente debido a la emisión espontánea de un fotón o un fonón . La desintegración óptica es el mecanismo dominante de extinción de la excitación en medios ópticos activos. En los láseres de estado sólido, la desintegración óptica limita el almacenamiento de energía en el medio activo.

Además, el término decaimiento óptico se utiliza para referirse al efecto de reducción rápida de la luminosidad de los objetos astrofísicos ^{[ 1 ].}

En primera aproximación, la desintegración óptica puede tratarse simplemente como emisión espontánea , y su tasa se determina mediante los coeficientes de Einstein . Para la mayoría de los sistemas láser, los efectos de la decoherencia determinan el ancho espectral de los fotones emitidos, y no hay razón para considerar en detalle la evolución de sistemas cuántico-mecánicos aislados que presentan desintegración óptica.

El sistema cuántico "aislado" (átomo, ion, molécula o incluso un punto cuántico) puede tener estados metaestables, débilmente acoplados al mundo exterior. (Debe tenerse en cuenta algún acoplamiento; de lo contrario, no hay decaimiento óptico). En el caso idealizado, la evolución del sistema se ve perturbada únicamente por la interacción con el continuo de los modos del campo electromagnético. Entonces, el ancho espectral de los fotones emitidos está determinado por la tasa de relajación. Para las líneas espectrales estrechas, el decaimiento es casi exponencial; entonces, el perfil de la línea espectral está determinado por la transformada de Fourier del decaimiento exponencial de la amplitud cuántica de probabilidad de que el sistema aún esté excitado; este perfil es lorentziano. ^{[ 2 ] [ 3 ]}

La tasa de decaimiento puede verse afectada por la distorsión de la densidad uniforme de estados de fotones, debido, por ejemplo, a una cavidad externa ^{[ 4 ]} o a una nanofibra ubicada en las proximidades del átomo ^{[ 5 ]} o simplemente colocando el sistema cerca de un límite dieléctrico o metálico.