Содержание курса лекций "Нелинейная лазерная спектроскопия"

2020/2021 учебный год. Крылов И. Р.

 

                   Лекция 1.

         Введение. Литература. Актуальность. Формализм.

         Дифракция и интерференция электронов.

         Интерференция более тяжелых частиц.

         Эффект Ааронова — Бома.

         Рассеяние нейтронов на кристалле.

         Кошка в черном ящике (кот Шредингера).

         Хью Эверетт, Стивен Вайнберг. Параллельные Вселенные.

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

         Перепутанные состояния фотонов.

         Квантовые биения с расщепленным верхним уровнем. Отсутствие и наличие квантовых биений с расщепленным нижним уровнем.

 

                   Лекция 2.

         Отсутствие и наличие квантовых биений с расщепленным нижним уровнем. Биения с расщепленным нижним уровнем энергии.

         Квантовое туннелирование. Альфа-распад атомного ядра. Молекула аммиака.

         Супертонкая структура уровней энергии симметричных молекул.

         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.

 

                   Лекция 3.

         Уравнение Шредингера.

         Уравнение Клейна — Гордона — Фока.

         Вторичное квантование. Сжатое состояние света.

         Эффект Казимира.

         Амплитуда вероятности.

         Дифференциальные уравнения для амплитуд вероятности.

 

                   Лекция 4.

         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.

 

                   Лекция 5.

         Провал и пик Беннета.

         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 больше 1 в области прозрачности среды, как влияние хвостов высокочастотных линий поглощения.

 

                   Лекция 6.

         Нобелевская премия по физике 2020 года.

         Понятие о дисперсионном соотношении Крамерса — Кронига.

         Скоростные уравнения или уравнения баланса.

         Физический смысл скоростных уравнений.

         Импульс предвестник.

         Два качественных описания взаимодействия света со средой.

 

                   Лекция 7.

         Резонанс насыщения поглощения слабой пробной волны сильной встречной волной.

         Варианты спектроскопии насыщения поглощения.

                   Встречные волны разной частоты.

                   Встречные волны одинаковой частоты.

                   Внутрирезонаторная спектроскопия насыщения поглощения.

 

                   Лекция 8.

         Варианты спектроскопии насыщения поглощения (продолжение).

                   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 9.

         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.

 

                   Лекция 10.

         Ширина и форма резонансов насыщения поглощения (продолжение).

                   Уширение резонансов насыщения поглощения неупругими тушащими столкновениями молекул.

                   Уширение резонансов насыщения поглощения дефазирующими столкновениями молекул.

                   Уширение резонансов насыщения поглощения деориентирующими столкновениями молекул.

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

         Нестолкновительные причины уширения резонансов насыщения поглощения.

                   Уширение мощностью лазерного луча.

                   Пролетное уширение.

                   Уширение углом между встречными волнами.

                   Уширение сферичностью встречных волн.

                   Квадратичный эффект Доплера.

         Лазерное охлаждение.

                   Радиационное давление (доплеровское охлаждение).

                   Оптическая патока.

                   Метод боковой полосы.

 

                   Лекция 11.

         Лазерное охлаждение (продолжение).

                   Сизифово охлаждение.

                   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.

                   Основные параметры системы стабилизации на примере работы операционного усилителя.

                   Возбуждение и генерация системы с обратной связью.

                   Стабилизация частоты генерации лазера по его мощности.

 

                   Лекция 12.

         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.

         Фемтосекундный лазер.

                   Синхронизация мод.

                   Измерение длительности импульса.

                   Усиление импульса.

                   Стабилизация фемтосекундного лазера.

                   Световая пуля.

 

                   Лекция 13.

         Резонансы двухфотонного поглощения без доплеровского уширения.

         CPT-резонанс.

         Лазеры без инверсии.

         Остановка света.

         Нестационарная нелинейная лазерная спектроскопия. Оптические уравнения Блоха.

         Физический смысл компонент вектора Блоха.

         Качественный вид решений уравнений Блоха.

 

                  Лекция 14.

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

         Оптические нутации.

         Затухание свободной поляризации. Сверхизлучение.

         Площадь светового импульса. Самоиндуцированная прозрачность.

         Двухимпульсное фотонное эхо.

         Трехимпульсное фотонное эхо.

 

                  Лекция 15.

         Цуг эха Карра — Парселла.

         Три основных метода быстрого включения и выключения светового поля.

         Гетеродинный прием.

         Быстрое адиабатическое прохождение.

         Запаздывающая оптическая нутация.

         Биения когерентного комбинационного рассеяния.

         Нелинейная комб-спектроскопия высокого разрешения.

         Вопросы к экзамену.