天文脉泽与 Dicke 超辐射

我们利用基于 Maxwell-Bloch 方程的形式体系考察具有粒子数反转的气体的辐射性质与过程。我们聚焦于脉泽（maser）作用与 Dicke 超辐射，以在系统随位置的时间演化整体辐射过程中建立二者关系。我们表明脉泽作用与超辐射并非竞争现象，而是互补的，并定义了辐射强度的两个截然不同极限。脉泽刻画准稳态极限，此时粒子数反转密度与极化振幅的变化时间尺度长于影响其演化的非相干过程（如碰撞）的时间尺度；而超辐射定义快速瞬态 regime，发生于上述条件反转时。我们展示了当粒子数反转的柱密度达到某临界阈值时，将从脉泽 regime 向超辐射发生转变，此时系统中建立起强相干水平，并在瞬态 regime 中可能引发强烈的辐射爆发。该临界水平也决定了从未饱和脉泽 regime 向饱和脉泽 regime 转变发生的空间区域；因此超辐射可被视为二者之间的中介。我们还量化了超辐射阶段相对于两种脉泽 regime 所达辐射强度的增益，并展示超辐射期间的强相干水平十分适于解释在脉泽宿主区观测到的强烈且快速的辐射耀发。