Содержание курса лекций "Нелинейная лазерная спектроскопия"

2021/2022 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.

Квантовая коммуникация быстрее скорости света.

Квантовые биения с расщепленным верхним уровнем.

Отсутствие и наличие квантовых биений с расщепленным нижним уровнем.

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

Супертонкая структура уровней энергии симметричных молекул.

Волна вероятности. Длина волны де Бройля.

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.

Вторичное квантование. Сжатое состояние света.

Эффект Казимира.

Амплитуда вероятности.

Дифференциальные уравнения для амплитуд вероятности.

Атом в двухуровневом приближении.

Матрица плотности.

Физический смысл элементов матрицы плотности.

Лекция 3.

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 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.

Лекция 4.

Почему в области прозрачности среды показатель преломления больше единицы.

Дисперсионное соотношение Крамерса — Кронига.

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.

Встречные волны разной частоты.

Встречные волны одинаковой частоты.

Лекция 5.

Варианты спектроскопии насыщения поглощения (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 6.

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

Лекция 7.

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

Ширина и форма резонансов насыщения поглощения.

Ширина резонанса при очень низком давлении газа.

Уширение резонанса неупругими тушащими столкновениями молекул.

Потенциалы взаимодействия молекул.

Уширение резонанса дефазирующими столкновениями молекул.

Уширение резонанса деориентирующими столкновениями молекул.

Влияние столкновений с изменением скорости молекул на ширину и форму резонанса.

Нестолкновительные причины уширения резонансов насыщения поглощения.

Уширение мощностью лазерного луча.

Пролетное уширение.

Лекция 8.

Нестолкновительные причины уширения резонансов насыщения поглощения (продолжение).

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.

Резонанс насыщения плотности возбужденных частиц.

Оптогальванический метод регистрации резонанса плотности возбужденных частиц.

Эталоны частоты и длины.

Лекция 9.

Стабильность и воспроизводимость частоты генерации лазера.

Активная стабилизация частоты генерации лазера.

Анализ основных принципов работы операционного усилителя с отрицательной обратной связью.

Преобразователь фототок — напряжение на основе операционного усилителя.

Усилитель напряжения на операционном усилителе.

Основные параметры системы стабилизации на примере стабилизации напряжения U_- на уровне напряжения U₊ в схеме усилителя напряжения на операционном усилителе.

Возбуждение или генерация системы с обратной связью.

Стабилизация частоты генерации лазера по 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.

Синхронизация мод в импульсном лазере.

Лекция 10.

Фемтосекундный лазер.

Резонансы двухфотонного поглощения без доплеровского уширения.

CPT-резонанс (резонанс КПН — резонанс когерентного пленения населенности).

Лазеры без инверсии.

Остановка света.

Оптические уравнения Блоха.

Физический смысл компонент вектора Блоха.

Качественный вид решений уравнений Блоха.

Лекция 11.

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

Оптические нутации.

Затухание свободной поляризации. Сверхизлучение.

Площадь светового импульса. Светоиндуцированная прозрачность.

Двухимпульсное фотонное эхо.

Трехимпульсное фотонное эхо.

Цуг эха Карра — Парселла.

Три основных метода быстрого включения и выключения светового поля.

Лекция 12.

Три основных метода быстрого включения и выключения светового поля (продолжение).

Гетеродинный прием.

Быстрое адиабатическое прохождение.

Запаздывающая оптическая нутация.

Биения когерентного комбинационного рассеяния.

Нелинейная комб-спектроскопия высокого разрешения.

Вопросы к экзамену.