Лекции можно скачать здесь: http://www.phys.spbu.ru/content/File/Library/studentlectures/Krylov/NLLasSpectr.htm

 

Магистерская программа N2 - "Физика лазеров и взаимодействие
импульсного оптического излучения с веществом"

Магистерская программа N5 - "Сверхбыстрые процессы в лазерной физике"

Магистерская программа N8 - "Когерентная оптика"

Магистерская программа N9 - "Квантово v статистическая оптика"

НЕЛИНЕЙНАЯ ЛАЗЕРНАЯ СПЕКТРОСКОПИЯ
Доцент Крылов Игорь Ратмирович, 48 часов.

Наиболее интересные вопросы курса.

1. Лазерное разделение изотопов.
2. Спектроскопия без доплеровского уширения спектральных линий.
3. Лазерное охлаждение.
4. Затягивание и выталкивание частоты генерации лазера.
5. Оптический эталон частоты и оптические часы.
6. Синхронизация мод и ультракороткие световые импульсы.
7. Резонанс двухфотонного поглощения без доплеровского уширения.
8. Оптические уравнения Блоха.
9. Динамический эффект Штарка или эффект Штарка в световом поле.
10. Оптические нутации.
11. Затухание свободной поляризации.
12. Сверхизлучение.
13. Площадь светового импульса. Пи-пополам, пи, 2-пи импульсы.
14. Двухимпульсное фотонное эхо.
15. Трехимпульсное фотонное эхо. Эхо эха. Индуцированное эхо.
16. Цуг эха Карра-Парселла.
17. Быстрое адиабатическое прохождение. Отличие и сходство с пи-импульсом.
18. Запаздывающая оптическая нутация.
19. Биения когерентного комбинационного рассеяния.

Программа курса.

    1. Интерференция волновых функций. Дипольный момент атома. Излучение света атомом. Выражение через волновую функцию среднего значения любой физической величины. Уравнение Шредингера. Оператор взаимодействия атома со светом. Собственные функции невозмущенного оператора Гамильтона. Амплитуды вероятности. Дифференциальные уравнения для амплитуд вероятности. Матрица плотности. Выражение через элементы матрицы плотности среднего значения любой физической величины. Физический смысл компонент матрицы плотности. Уравнение Неймана. Дифференциальные уравнения для элементов матрицы плотности двухуровневой среды.

    2. Приближение вращающейся волны. Уравнения для матрицы плотности двухуровневой среды в приближении вращающейся волны. Реакция двухуровневой среды на поле монохроматической волны. Заселенности уровней. Провал и пик Беннетта. Связь поляризации среды с элементами матрицы плотности. Поляризация среды в присутствии монохроматической волны. Комплексная восприимчивость среды. Комплексная восприимчивость среды в присутствии монохроматической волны.

    3. Обратное воздействие среды на волну. Укороченные волновые уравнения для амплитуд светового поля и поляризации. Показатель преломления, коэффициент поглощения среды, их связь с комплексной восприимчивостью среды.

    4. Скоростные уравнения. Вывод скоростных уравнений из уравнений для матрицы плотности. Плотность потока фотонов. Сечение поглощения. Зависимость сечения поглощения от расстройки. Два способа описания на пальцах поглощения света средой - через суперпозиционные состояния атомов и через концентрацию атомов на верхнем и нижнем уровнях энергии.

    5. Насыщение поглощения слабой пробной волны сильной встречной волной в приближении скоростных уравнений. Резонанс насыщения плотности возбужденных частиц.

    6. Варианты спектроскопии насыщения поглощения: встречные волны разной частоты, встречные волны одинаковой частоты, перекрестные резонансы внутрирезонаторная спектроскопия, однонаправленные световые волны, столкновительные резонансы, встречные волны с фиксированной разностью частот, интерференционная спектроскопия, поляризационная спектроскопия.

    7. Ширина и форма резонансов насыщения поглощения. Уширение мощностью светового поля. Уширение столкновениями: тушащими, дефазирующими, деориентирующими, с изменением скорости. Пролетное уширение, уширение углом между встречными волнами, уширение сферичностью фронта волны, уширение квадратичным эффектом Доплера. Лазерное охлаждение.

    8. Частота и мощность генерации газового лазера. Однородно и неоднородно уширенная линия усиления. Провал Лэмба. Затягивание и выталкивание частоты генерации лазера. Автостабилизация частоты генерации.

    9. Активная стабилизация частоты генерации лазера. Формирование сигнала ошибки. Стабилизация по интерферометру Фабри-Перо. Стабилизация по резонансу насыщения поглощения. Синхронное детектирование. Система частотной привязки одного лазера к другому лазеру. Стабильность и воспроизводимость частоты генерации лазера. Оптические часы. Приемник излучения "кошачий ус". Селекция продольных мод. Синхронизация мод, ультракороткие световые импульсы.

    10. Резонансы двухфотонного поглощения без доплеровского уширения. Уравнения для элементов матрицы плотности трехуровневой среды. Ступенчатое и двухфотонное возбуждение. Резонансы на связанных переходах: резонанс в контуре линии спонтанного излучения, резонанс в контуре линии поглощения, резонанс поглощения мощности двух световых волн.

    11. Оптические уравнения Блоха. Физический смысл компонент вектора Блоха. Качественный вид решения уравнений Блоха. Динамический эффект Штарка или эффект Штарка в поле световой волны (три частоты в поляризации среды при нестационарном взаимодействии со светом, расщепление уровней энергии, правила отбора). Просветление среды сильной световой волной для однонаправленной пробной волны.

12. Оптические нутации. Затухание свободной поляризации. Сверхизлучение.

13. Площадь импульса. Двухимпульсное фотонное эхо. Трехимпульсное фотонное эхо. Цуг эхо Карра-Парселла.

14. Быстрое адиабатическое прохождение. Отличие и сходство с пи-импульсом. Запаздывающая оптическая нутация (двухимпульсная и одноимпульсная).

15. Биения когерентного комбинационного рассеяния. Анализ ядра интеграла столкновений по сигналам фотонного эхо.

Литература.
1. Летохов В. С., Чеботаев В. П. Принципы нелинейной лазерной спектроскопии. М. Наука. 1975.
2. Летохов В. С., Чеботаев В. П. Нелинейная лазерная спектроскопия сверхвысокого разрешения. М. Наука. 1992.
3. Под ред. Дж. Стейнфелда. Когерентная лазерная спектроскопия. М. Наука. 1986.