Содержание курса лекций "Нелинейная лазерная спектроскопия"

2018/2019 учебный год. Крылов И. Р.

Лекция 1.

Литература. Введение. Актуальность. Формализм.

Дифракция и интерференция электронов.

Редукция волновой функции.

Эффект Ааронова — Бома.

Рассеяние нейтронов на кристалле.

Интерференция более тяжелых частиц. Отражение молекулярного пучка поверхностью кристалла.

Кошка в черном ящике (кот Шредингера).

Хью Эверетт, Стивен Вайнберг. Параллельные Вселенные.

Парадокс Эйнштейна, Подольского, Розена (ЭПР).

Туннелирование. Альфа-распад атомного ядра. Молекула аммиака.

Супертонкая структура уровней энергии молекул SF₆ и SiF₄.

Парадокс Эйнштейна — Подольского — Розена (ЭПР). Одновременное точное измерение координаты и импульса.

Опыт Штерна — Герлаха. Распад частицы с нулевым спином на две частицы со спином 1/2.

Неравенства Белла. Перепутанные состояния. Квантовые биения с расщепленным верхним уровнем. Отсутствие и наличие квантовых биений с расщепленным нижним уровнем.

Лекция 2.

Волна вероятности, длина волны де Бройля.

Электрон в атоме водорода.

Лэмбовский сдвиг, вторичное квантование, эффект Казимира, сжатое состояние света.

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.

Дифференциальные уравнения для амплитуд вероятности (продолжение).

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 Беннета.

Лекция 4.

Светоиндуцированный дрейф. Разделение изотопов.

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.

Лекция 6.

Нобелевская премия по физике 2018 года.

Варианты спектроскопии насыщения поглощения (продолжение).

1). Встречные волны разной частоты (продолжение).

2). Встречные волны одинаковой частоты.

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.

Лекция 7.

Варианты спектроскопии насыщения поглощения (продолжение).

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.

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

Лекция 8.

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

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.

Лекция 9.

Ширина и форма резонансов насыщения поглощения (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.

4). Уширение сферичностью встречных волн.

5). Квадратичный эффект Доплера.

Лазерное охлаждение.

1). Радиационное давление (доплеровское охлаждение).

2). Оптическая патока.

3). Метод боковой полосы.

4). Сизифово охлаждение.

5). Селективное по скоростям когерентное пленение населенностей.

Лекция 10.

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.

Операционный усилитель (ОУ).

Анализ основных принципов работу 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 схеме усилителя напряжения на ОУ.

Возбуждение или генерация в системе с обратной связью.

Система стабилизации частоты генерации лазера по его мощности.

Лекция 11.

Активная стабилизация частоты генерации лазера (продолжение).

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.

Приемник излучения "кошачий ус".

Селекция лазерных мод.

Фемтосекундный лазер.

Синхронизация мод.

Оптическая линза для синхронизации мод.

Призмы компенсации дисперсии групповых скоростей.

Измерение длительности импульса.

Чирпирование, усиление и обратное чирпирование импульса.

Стабилизация фемтосекундного лазера по нулю дробной части деления несущей частоты на частоту следования импульсов.

Лекция 12.

Световая пуля.

Резонансы двухфотонного поглощения без доплеровского уширения.

CPT (КПН) резонанс.

Оптические уравнения Блоха.

Физический смысл компонент вектора Блоха.

Качественный вид решений уравнений Блоха.

Лекция 13.

Динамический эффект Штарка или эффект Штарка в поле световой волны (одетый атом).

Оптические нутации.

Затухание свободной поляризации (ЗСП). Сверхизлучение.

Лекция 14.

Площадь светового импульса. Светоиндуцированная прозрачность.

Фотонное эхо.

Трехимпульсное фотонное эхо.

Цуг эха Карра — Парселла.

Три основных метода быстрого включения и выключения светового поля.

Гетеродинный прием.

Быстрое адиабатическое прохождение.

Запаздывающая оптическая нутация.

Лекция 15.

Биения когерентного комбинационного рассеяния.

Нелинейная комб-спектроскопия высокого разрешения.

Лазеры без инверсии.

Остановка света.

Гравитационные волны.

Вопросы к экзамену.