МОДЕЛИРОВАНИЕ ДИНАМИКИ СЕЛЕКТИВНОЙ РЕЗОНАНСНОЙ ФЛУОРЕСЦЕНЦИИ ДВУХ ВЗАИМОДЕЙСТВУЮЩИХ НАНОЧАСТИЦ

Вадим Андреевич Морозов

Вадим Андреевич Морозов ИОХ РАН им. Н.Д. Зелинского

Ключевые слова: Ключевые слова: математическое моделирование, взаимодействующие двухуровневые наночастицы, динамика резонансной флуоресценция Nanophotonics

Аннотация

Нанофотоника

МОДЕЛИРОВАНИЕ ДИНАМИКИ СЕЛЕКТИВНОЙ РЕЗОНАНСНОЙ ФЛУОРЕСЦЕНЦИИ ДВУХ ВЗАИМОДЕЙСТВУЮЩИХ НАНОЧАСТИЦ

Институт органической химии им. Н.Д. Зелинского РАН,

119991 Москва, Россия

е-mail: morozov@mail.ioc.ac.ru

Поступила в редакцию

В окончательной редакции

Принята к публикации

Приведена система самосогласованных дифференциальных уравнений первого порядка по времени, которая отражает динамику резонансной флуоресценции двух взаимодействующих двухуровневых частиц при облучении одной из них длительным прямоугольным импульсом света. Эта система уравнений получена на основе анализа уравнений, описывающих динамику состояний общей составной системы из отмеченной пары частиц и квантованного поля излучения при учете непрерывного поглощения макроскопическим окружением частиц фотона флуоресценции, который отнесен к излучению той или иной из взаимодействующих частиц при заселении ее основного состояния (“резонансная” флуоресценция). Наряду с динамикой заселенности начального коллективного состояния общей системы, динамики заселенности и когерентности основного и возбужденных коллективных состояний частиц при поглощении ими одного из фотонов облучения, полученная система описывает динамику заселенности каждой частицы в ее основном состоянии, регистрируемом при отмеченном выше поглощении фотона резонансной флуоресценции. Это описание динамики заселенности основного состояния каждой из частиц отличает приведенную систему уравнений от систем, которые применительно к рассматриваемой флуоресценции этой пары частиц описывают динамику их коллективного основного состояния, как, например, система оптических уравнений Блоха. Соответственно, характерные черты рассматриваемой динамики селективной резонансной флуоресценции существенно отличаются от характерных черт динамики резонансной флуоресценции, описываемой системой оптических уравнений Блоха. Эти отличия иллюстрируются рисунками, отражающими результаты численных решений приведенной системы уравнений и решений соответствующей системы оптических уравнений Блоха.

Ключевые слова: математическое моделирование, взаимодействующие двухуровневые наночастицы, динамика резонансной флуоресценция

Nanophotonics

MODELING OF THE DYNAMICS OF SELECTIVE RESONANT FLUORESCENCE OF TWO INTERACTING NANOPARTICLES

e-mail: morozov@mail.ioc.ac.ru

Received by the editorial office

In the final version

Accepted for publication

A system of self-consistent differential equations of the first order in time is presented, which reflects the dynamics of resonant fluorescence of two interacting two-level particles when one of them is irradiated with a long rectangular pulse of light. This system of equations is obtained based on the analysis of equations describing the dynamics of the states of a common composite system of a marked pair of particles and a quantized radiation field, taking into account the continuous absorption of a fluorescence photon by the macroscopic environment of particles, which is attributed to the radiation of one or another of the interacting particles when its ground state is populated (“selective” fluorescence). Along with the dynamics of the population of the initial collective state of the general system, the dynamics of the population and coherence of the main and excited collective states of particles when they absorb one of the irradiation photons, the resulting system describes the dynamics of the population of each particle in its ground state, recorded with the absorption of a resonant fluorescence photon noted above. This description of the dynamics of the population of the ground state of each of the particles distinguishes the above system of equations from systems that, in relation to the fluorescence of this pair of particles, describe the dynamics of their collective ground state, such as, for example, the system of optical Bloch equations. Accordingly, the characteristic features of the dynamics of selective resonant fluorescence under consideration differ significantly from the characteristic features of the dynamics of resonant fluorescence described by the system of optical Bloch equations. These differences are illustrated by figures reflecting the results of numerical solutions of the reduced system of equations and solutions of the corresponding system of optical Bloch equations.

Keywords: mathematical modeling, interacting two-level nanoparticles, dynamics of resonant fluorescence