Содержание курса лекций "Нелинейная лазерная спектроскопия"

2013/2014 учебный год. Крылов И. Р.

Лекция 1.

Введение.

Волна вероятности, длина волны де Бройля.

Дифракция и интерференция электронов.

Рассеяние нейтронов на кристалле.

Интерференция более тяжелых частиц.

Кошка в черном ящике (кот Шредингера).

Парадокс Эйнштейна, Подольского, Розена (ЭПР).

Туннелирование.

Электрон в атоме водорода.

Правила отбора.

Лекция 2.

Комплексность волновой функции.

Оператор импульса.

Оператор любой физической величины и среднее значение любой физической величины.

Уравнение Шредингера.

Уравнение Клейна-Гордона-Фока.

Амплитуда вероятности.

Дифференциальные уравнения для амплитуд вероятности.

Лекция 3.

Матрица плотности.

Физический смысл элементов матрицы плотности.

Дифференциальное уравнение для матрицы плотности (уравнение фон Неймана).

Представления операторов.

Дифференциальные уравнения для элементов матрицы плотности.

Приближение вращающейся волны.

Реакция двухуровневой среды на поле монохроматической волны.

Провал и пик Беннетта.

Светоиндуцированный дрейф.

Лекция 4.

Поляризация среды.

Обратное воздействие среды на волну. Дифференциальные уравнения для амплитуды поля или укороченные волновые уравнения.

Показатель преломления и коэффициент поглощения среды.

Неравенство n>1 в области прозрачности среды, как влияние хвостов высокочастотных линий поглощения.

Понятие о дисперсионном соотношении Крамерса-Кронига.

Лекция 5.

Скоростные уравнения или уравнения баланса.

Физический смысл скоростных уравнений.

Импульс предвестник.

Два качественных описания взаимодействия света со средой.

Резонанс насыщения поглощения слабой пробной волны сильной встречной волной.

Варианты спектроскопии насыщения поглощения.

1. Встречные волны разной частоты.

2. Встречные волны одинаковой частоты.

Лекция 6.

Варианты спектроскопии насыщения поглощения (продолжение).

2. Встречные волны одинаковой частоты (повторение).

3. Внутрирезонаторная спектроскопия насыщения поглощения.

4. Однонаправленные световые волны и резонанс насыщения поглощения (двойной оптический резонанс).

5. Перекрестные резонансы насыщения поглощения во встречных световых волнах.

6. Столкновительные резонансы во встречных и однонаправленных световых волнах.

7. Встречные волны с фиксированной разностью частот.

8. Интерференционная спектроскопия насыщения поглощения.

Лекция 7.

Варианты спектроскопии насыщения поглощения (продолжение).

9. Поляризационная спектроскопия насыщения поглощения.

Пример конкретной экспериментальной установки для исследования резонансов насыщения поглощения в частотной области генерации CO₂-лазера низкого давления.

Ширина и форма резонансов насыщения поглощения.

1. Ширина резонанса при очень низком давлении газа.

2. Уширение резонансов насыщения поглощения неупругими тушащими столкновениями молекул.

Потенциалы взаимодействия молекул.

1. Диполь-дипольное взаимодействие.

2. Диполь-квадрупольное взаимодействие.

3. Квадруполь-квадрупольное взаимодействие.

4. Взаимодействие диполь — наведенный диполь.

5. Дисперсионное взаимодействие.

6. Обменное взаимодействие.

Лекция 8.

Ширина и форма резонансов насыщения поглощения (продолжение).

2. Уширение резонансов насыщения поглощения неупругими тушащими столкновениями молекул (продолжение).

3. Уширение резонансов насыщения поглощения дефазирующими столкновениями молекул.

4. Уширение резонансов насыщения поглощения деориентирующими столкновениями молекул.

5. Влияние столкновений с изменением скорости молекул на ширину и форму резонансов насыщения поглощения.

Нестолкновительные причины уширения резонансов насыщения поглощения.

1. Уширение мощностью лазерного луча.

2. Пролетное уширение.

3. Уширение резонансов углом между встречными волнами.

Лекция 9.

Нестолкновительные причины уширения резонансов насыщения поглощения (продолжение).

4. Уширение сферичностью встречных волн.

5. Квадратичный эффект Доплера.

Лазерное охлаждение.

Резонанс насыщения плотности возбужденных частиц.

Оптогальванический метод регистрации резонанса плотности возбужденных частиц.

Эталоны частоты и длины.

Радиооптический мост.

Лекция 10.

Активная стабилизация частоты генерации лазера.

Операционный усилитель (ОУ).

Анализ основных принципов работы ОУ с отрицательной обратной связью.

Преобразователь фототок — напряжение на основе ОУ.

Усилитель напряжения на ОУ.

Основные параметры системы стабилизации на примере стабилизации напряжения U- на уровне напряжения U+ в системе усилителя на ОУ.

Возбуждение или генерация системы с обратной связью.

Стабилизация частоты генерации лазера через стабилизацию его мощности.

Стабилизация частоты генерации лазера по частоте пропускания интерферометра Фабри-Перо.

Стабилизация частоты генерации лазера в двухмодовом режиме.

Стабилизация лазера по резонансу насыщения поглощения.

Система частотной привязки одного лазера к другому.

Фазовая автоподстройка частоты (ФАПЧ) генератора управляемого напряжением (ГУН).

Радиооптический мост.

Селекция лазерных мод.

Стабильность и воспроизводимость частоты генерации лазера.

Лекция 11.

Резонансы двухфотонного поглощения без доплеровского уширения.

CPT (КПН)-резонанс.

Нестационарная нелинейная лазерная спектроскопия. Оптические уравнения Блоха.

Физический смысл компонент вектора Блоха.

Качественный вид решений уравнений Блоха.

Лекция 12.

Динамический Штарк-эффект или эффект Штарка в поле световой волны.

Оптические нутации.

Затухание свободной поляризации (ЗСП). Сверхизлучение.

Лекция 13.

Площадь светового импульса. Самоиндуцированная прозрачность.

Фотонное эхо.

Трехимпульсное фотонное эхо.

Цуг эха Карра-Парселла.

Три основных метода быстрого включения и выключения светового поля.

Быстрое адиабатическое прохождение.

Лекция 14.

Запаздывающая оптическая нутация.

Биения когерентного комбинационного рассеяния.

Вопросы к экзамену.