Содержание курса лекций "Нелинейная лазерная спектроскопия"

2024/2025 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). Теория спонтанной редукции Гирарди — Римини — Вебера.

Хью Эверетт, Стивен Вайнберг. Параллельные Вселенные.

Парадокс Эйнштейна, Подольского, Розена (ЭПР). Опыты Штерна — Герлаха. Распад частицы с нулевым спином на две частицы со спином 1/2.

Перепутанные состояния фотонов.

Эффект Хонга — Оу — Мандела (Hong-Ou-Mandel effect).

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 молекул SF₆ и SiF₄.

Нанооптика.

Лекция 2.

Метаматериалы.

Волноводный резонанс в субволновой дифракционной решетке (Guided mode resonance GMR).

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.

Атом в двухуровневом приближении.

Матрица плотности.

Физический смысл элементов 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.

Лекция 4.

Светоиндуцированный дрейф. Разделение изотопов.

Поляризация среды.

Обратное воздействие среды на волну. Дифференциальные уравнения для амплитуды поля или укороченные волновые уравнения.

Неравенство n₀ больше 1 в области прозрачности среды, как влияние хвостов высокочастотных линий поглощения.

Дисперсионные соотношения Крамерса — Кронига.

Скоростные уравнения или уравнения баланса.

Физический смысл скоростных уравнений.

Импульс предвестник.

Лекция 5.

Два качественных описания взаимодействия света со средой.

Резонанс насыщения поглощения слабой пробной волны сильной встречной волной.

Варианты спектроскопии насыщения поглощения.

Встречные световые волны разной частоты.

Встречные волны одинаковой частоты.

Внутрирезонаторная спектроскопия насыщения поглощения.

Однонаправленные волны и резонанс насыщения поглощения.

Перекрестные резонансы насыщения поглощения во встречных световых волнах.

Столкновительные резонансы во встречных и однонаправленных световых волнах.

Лекция 6.

Варианты спектроскопии насыщения поглощения (продолжение).

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).

Лекция 8.

Ширина и форма резонансов насыщения поглощения.

Ширина резонанса при очень низком давлении газа.

Уширение резонансов насыщения поглощения неупругими тушащими столкновениями молекул.

Потенциалы взаимодействия молекул.

Диполь — дипольное взаимодействие.

Диполь — квадрупольное взаимодействие.

Квадруполь — квадрупольное взаимодействие.

Взаимодействие диполь — наведенный диполь.

Дисперсионное взаимодействие.

Обменное взаимодействие.

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.

Лекция 9.

Нестолкновительные причины уширения резонансов насыщения поглощения.

Уширение мощностью лазерного луча.

Пролетное уширение.

Уширение углом между встречными волнами.

Уширение сферичностью встречных волн.

Уширение квадратичным эффектом 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 10.

Эталоны частоты и длины (продолжение).

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 отрицательной обратной связью.

ПИД-регулятор.

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 частоты генерации лазера по частоте резонанса насыщения поглощения.

Система частотной привязки одного лазера к другому.

Фазовая автоподстройка частоты генератора управляемого напряжением.

Радиооптический мост.

Лекция 11.

Радиооптический мост (продолжение).

Фемтосекундный лазер.

Перестройка средней длины волны генерации.

Призмы для компенсации дисперсии групповых скоростей.

Синхронизация мод. Наведенная оптическая линза. Диафрагма.

Измерение длительности импульса.

Усиление импульса. Чирпирование импульса.

Стабилизация частоты генерации фемтосекундного лазера.

Световая пуля.

Резонансы двухфотонного поглощения без доплеровского уширения.

СРТ-резонанс когерентного пленения населенности.

Лазеры без инверсии.

Остановка света.

Оптические уравнения Блоха.

Физический смысл компонент вектора Блоха.

Лекция 12.

Качественный вид решений уравнений Блоха.

Динамический эффект Штарка.

Оптические нутации.

Затухание свободной поляризации. Сверхизлучение.

Площадь светового импульса. Самоиндуцированная прозрачность.

Двухимпульсное фотонное эхо.

Трехимпульсное фотонное эхо.

Цуг эха Карра — Парселла.

Штарковское переключение частоты.

Быстрое адиабатическое прохождение.

Запаздывающая оптическая нутация.

Биения когерентного комбинационного рассеяния.