uzluga.ru
добавить свой файл
Магистратура, V курс

специальности – 510402 и 510412

магистерские программы 402/12 и 412/17

СДМ.04


программа учебной дисциплины

ЛАЗЕРЫ И ОСНОВЫ НЕЛИНЕЙНОЙ ОПТИКИ”


Шрайбер Виталий Маркович, к. ф.- м.н., доц.


1. Принцип действия квантовых генераторов

Основные понятия. Спонтанные и вынужденные переходы. Коэффициенты Эйнштейна. Инверсия заселенностей. Активная среда. Накачка. Возможность усиления излучения. Коэффициент усиления. Обратная связь. Резонатор. Типы потерь в резонаторе и условия возникновения генерации. Мазер на аммиаке. Закрытый и открытый резонаторы. Моды резонатора. Плотность мод на единичный интервал частот. Спектр частот открытого резонатора. Формула Шавлова-Таунса. Дифракционные потери. Число Френеля.


2. Элементы теории оптических резонаторов

Сходство и различие интерферометра Фабри-Перо и лазерного резонатора. Принцип Гюйгенса-Френеля. Сферические волны. Интеграл Френеля-Кирхгофа. Основные положения теории Фокса и Ли. Резонатор с плоскими зеркалами. Конфокальный резонатор. Свойства гауссовых пучков. Гауссов пучок в свободном пространстве и в резонаторе с вогнутыми зеркалами. Условие устойчивости резонатора. Пространственные характеристики лазерного излучения. Уравнение затухающего гармонического осциллятора. Понятие добротности. Добротность оптического резонатора. Связь добротности с потерями и с шириной резонансного пика.


3. Взаимодействие излучения со средой

Спектральные характеристики активных сред. Ширина и контур спектральных линий. Однородное и неоднородное уширение. Осциллирующий заряд в переменном поле. Комплексная восприимчивость. Естественное уширение. Ударное и доплеровское уширение. Эффект насыщения поглощения. Проявления насыщения для однородно и неоднородно уширенных линий. Провалы Беннета и Лэмба. Активная среда в оптическом резонаторе. Контур усиления и моды резонатора. Затягивание резонансных частот. Насыщение усиления и выгорание провалов. Конкуренция мод.


4. Методы создания инверсии заселенностей и типы оптических квантовых генераторов

Оптическая накачка двух-, трех- и четырехуровневых систем. Условия получения инверсии заселенностей. Твердотельные лазеры с оптической накачкой (рубиновый, неодимовый). Лазеры на красителях. Накачка в электрическом разряде. Столкновение 1-го и 2-го рода. Газоразрядные лазеры. Гелий-неоновый лазер. Лазер на СО2. Фотодиссоционные, химические, эксимерные лазеры. Полупроводниковые лазеры.


5. Параметры выходного излучения лазера и методы управления ими.

Мощность выходного излучения. Оптимальная связь между усилением и выходной мощностью. Техника резонаторов. Методы селекции мод и стабилизации частоты. Внутренняя и внешняя селекция. Ширина линии генерации одномодового лазера. Синхронизация мод. Получение сверхкоротких импульсов.

Работа лазера в режиме модуляции добротности. Генерация гигантских импульсов. Когерентность лазерного излучения. Временная и пространственная когерентность. Степень когерентности и функция взаимной когерентности. Связь когерентности с монохроматичностью и пространственными характеристиками лазерного излучения.


6. Нелинейные оптические явления.

Нелинейные диэлектрики в переменном электрическом поле. Нелинейная восприимчивость. Ангармонический осциллятор. Самофокусировка лазерного излучения. Генерация кратных гармоник. Свойства тензора нелинейной восприимчивости и генерация гармоник в изотропных и анизотропных средах. Фазовый синхронизм.

Параметрическое усиление и преобразование частот. Вынужденное комбинационное рассеяние (классическая модель). Стоксово и антистоксово ВКР. КАРС-спектроскопия.


Литература

Основная

  1. А. Мейтленд, М. Данн. Введение в физику лазеров, Наука, М., 1978.

  2. Л. Аллен, Д. Джонс. Основы физики газовых лазеров, Наука, М., 1970.

  3. Е.Ф. Ищенко, Ю.М. Климков. Оптические квантовые генераторы, Сов. радио, М., 1968.

  4. В. Демтредер. Лазерная спектроскопия., Наука, М., 1985.

  5. Н.В. Карлов. Лекции по квантовой электронике, Наука, М., 1983.

  6. А. Ярив. Квантовая электроника, Сов. радио, М., 1980.


Дополнительная

  1. Лазеры. Сб. статей. Изд. Ин. Лит. 1963 г.

  2. Ф. Качмарек. Введение в физику лазеров, Мир, М., 1981.

  3. Р. Лоудон. Квантовая теория света. Мир, М. 1978.

  4. Ю.Л. Климонтович. Квантовые генераторы света и нелинейная оптика, Просвещение, 1966.

  5. А. Пекара. Новый облик оптики. Сов. радио, М., 1973.

  6. Й. Херман, Б.Вильгельми. Лазеры сверхкоротких световых импульсов, Мир, М., 1986.

  7. Y.R. Shen. Wave mixing spectroscopy for surface studies,- Solid State Communications, v.102, N2-3, p. 221-227, 1997.