Содержание курса лекций "Нелинейная лазерная спектроскопия"

2015/2016 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.

Лекция 2.

Правила отбора.

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 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. Разделение изотопов.

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.

Скоростные уравнения или уравнения баланса.

Лекция 5.

Скоростные уравнения или уравнения баланса (продолжение).

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).

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.

9. Поляризационная спектроскопия насыщения поглощения.

Лекция 7.

Пример 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 неупругими тушащими столкновениями молекул.

Лекция 8.

Ширина и форма резонансов насыщения поглощения (продолжение).

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

Потенциалы взаимодействия молекул.

Диполь-дипольное взаимодействие.

Диполь-квадрупольное взаимодействие.

Квадруполь-квадрупольное взаимодействие.

Взаимодействие диполь – наведенный диполь.

Дисперсионное взаимодействие.

Обменное взаимодействие.

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.

4. Уширение сферичностью встречных волн.

5. Квадратичный эффект Доплера.

Лекция 9.

Лазерное охлаждение.

Радиационное давление.

Оптическая патока.

Сизифово охлаждение.

Предел лазерного охлаждения.

Охлаждение стакана воды.

Селективное по скоростям когерентное пленение населенностей.

Резонанс насыщения плотности возбужденных частиц.

Оптогальванический метод регистрации резонанса плотности возбужденных частиц.

Эталоны частоты и длины.

Стабильность и воспроизводимость частоты генерации лазера.

Активная стабилизация частоты генерации лазера.

Лекция 10.

Активная стабилизация частоты генерации лазера (продолжение).

Основные параметры системы стабилизации.

Возбуждение системы с обратной связью.

Стабилизация частоты генерации лазера через стабилизацию его мощности.

Стабилизация частоты генерации 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.

Радиооптический мост.

Селекция лазерных мод.

Лекция 11.

Фемтосекундный лазер.

Резонансы двухфотонного поглощения без доплеровского уширения.

CPT-резонанс.

Лекция 12.

Нестационарная нелинейная лазерная спектроскопия. Оптические уравнения Блоха.

Физический смысл компонент вектора Блоха.

Качественный вид решений уравнений Блоха.

Динамический эффект Штарка или эффект Штарка в поле световой волны.

Лекция 13.

Оптические нутации.

Затухание свободной поляризации. Сверхизлучение.

Площадь светового импульса. Самоиндуцированная прозрачность.

Двухимпульсное фотонное эхо.

Лекция 14.

Трехимпульсное фотонное эхо.

Цуг эха Карра-Парселла.

Три основных метода быстрого включения и выключения светового поля.

Быстрое адиабатическое прохождение.

Лекция 15.

Запаздывающая оптическая нутация.

Биения когерентного комбинационного рассеяния.

Нелинейная комб-спектроскопия высокого разрешения.

Вопросы к экзамену.