Содержание курса лекций "Нелинейная лазерная спектроскопия"

2019/2020 учебный год. Крылов И. Р.

Лекция 1.

Литература. Введение. Актуальность. Формализм.

Дифракция и интерференция электронов.

Редукция или коллапс 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.

Туннелирование. Альфа-распад атомного ядра. Молекула аммиака. Супертонкая структура уровней молекул SF₆ и SiF₄.

Парадокс Эйнштейна, Подольского, Розена (ЭПР). Перепутанные состояния.

Неравенства Белла.

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.

Правила отбора.

Комплексность волновой функции.

Оператор импульса.

Оператор любой физической величины и среднее значение любой физической величины.

Уравнение Шредингера.

Уравнение Клейна—Гордона—Фока.

Вторичное квантование. Сжатое состояние света.

Эффект Казимира.

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 Неймана).

Представление операторов.

Дифференциальные уравнения для элементов матрицы плотности.

Приближение вращающейся волны.

Реакция двухуровневой среды на поле монохроматической волны.

Провал и пик Беннетта.

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.

Скоростные уравнения или уравнения баланса.

Лекция 5.

Нобелевская премия по физике 2019 года.

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.

Встречные волны разной частоты.

Встречные волны одинаковой частоты.

Лекция 6.

Варианты спектроскопии насыщения поглощения (продолжение).

Встречные волны одинаковой частоты (продолжение).

Внутрирезонаторная спектроскопия насыщения поглощения.

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

Перекрестные резонансы насыщения поглощения во встречных световых волнах.

Столкновительные резонансы во встречных и однонаправленных световых волнах.

Встречные волны с фиксированной разностью частот.

Интерференционная спектроскопия насыщения поглощения.

Поляризационная спектроскопия насыщения поглощения.

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

Лекция 7.

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

Ширина и форма резонансов насыщения поглощения.

Ширина резонанса при очень низком давлении газа.

Уширение резонансов насыщения поглощения неупругими тушащими столкновениями молекул.

Лекция 8.

Ширина и форма резонансов насыщения поглощения (продолжение).

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

Уширение резонансов насыщения поглощения дефазирующими столкновениями молекул.

Уширение резонансов насыщения поглощения деориентирующими столкновениями молекул.

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

Нестолкновительные причины уширения резонансов насыщения поглощения.

Уширение мощностью лазерного луча.

Пролетное уширение.

Уширение резонансов углом между встречными волнами.

Уширение сферичностью встречных волн.

Квадратичный эффект Доплера.

Лазерное охлаждение.

Радиационное давление (доплеровское охлаждение).

Оптическая патока.

Метод боковой полосы.

Сизифово охлаждение.

Селективное по скоростям когерентное пленение населенностей.

Лекция 9.

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.

Основные параметры системы стабилизации на примере работы операционного усилителя.

Возбуждение или генерация системы с обратной связью.

Стабилизация частоты генерации лазера по его мощности.

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

Лекция 10.

Активная стабилизация частоты генерации лазера (продолжение).

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.

Фемтосекундный лазер.

Перестройка по длине волны.

Компенсация дисперсии групповых скоростей.

Синхронизация мод.

Измерение длительности импульса.

Чирпирование, усиление, обратное чирпирование.

Стабилизация частоты лазера.

Световая пуля.

Лекция 11.

Резонансы двухфотонного поглощения без доплеровского уширения.

CPT (КПН) резонанс.

Лазеры без инверсии.

Остановка света.

Оптические уравнения Блоха.

Физический смысл компонент вектора Блоха.

Качественный вид решений уравнений Блоха.

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

Лекция 12.

Оптические нутации.

Затухание свободной поляризации (ЗСП). Сверхизлучение.

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.

Лекция 13.

Быстрое адиабатическое прохождение.

Запаздывающая оптическая нутация.

Биения когерентного комбинационного рассеяния.

Нелинейная комб-спектроскопия высокого разрешения.

Вопросы к экзамену.