Рабочая программы дисциплины Сверхкороткие лазерные импульсы

Рабочая программы дисциплины
1. Название дисциплины
Сверхкороткие лазерные импульсы
2. Лекторы.
2.1. Д.ф.м.н., профессор Андреев Анатолий Васильевич, каф. общей физики и волновых
процессов, av_andreev@phys.msu.ru, (495)939-3092
2.2. К.ф.м.н., доцент Магницкий Сергей Александрович, каф. общей физики и волновых
процессов, sergeymagnitskiy@gmail.com
3. Список основных тем, изучаемых в рамках дисциплины
Лекция 1
Современное состояние исследований в области физики сверхкоротких лазерных
импульсов
Лекция 2
Распространение лазерных импульсов в диспергирующих линейных и нелинейных
средах: Чирпирование импульса в линейной диспергирующей среде. ГВГ и
самовоздействие импульсов в нелинейных средах. Параметрическая генерация в
поле сверхкоротких лазерных импульсов. Параметрические генераторы с
инжекцией излучения. Измерение плотности нулевых колебаний
электромагнитного вакуума.
Лекция 3
Распространение сверхкоротких импульсов в двухкомпонентной резонансно
усиливающей/поглощающей среде: Понятие длительности, ширины спектра и
чирпа светового импульса.
Формула Франца-Нодвига. Пикосекундный лазер на гранате с
самосинхронизацией мод и отрицательной обратной свяью
Лекция 4
Методы измерения временных параметров сверхкоротких лазерных импульсов:
Прямые и автокорреляционные методы измерения длительности световых
импульсов. Автокорреляторы 2-го и 3-го порядков. Измерение поля
сверхкороткого светового импульса методом FROG
Лекция 5
Спектроскопия поверхности на основе ГВГ при отражении в поле сверхкоротких
лазерных импульсов: Фемтосекундная лазерная установка, позволяющая измерять
состояние поляризации второй гармоноки при отразжении. Применение методики
на примере поверхностного G-метаматериала
Лекция 6
Нестационарная КАРС спектроскопия молекулярных газов с использованием
коротких лазерных импульсов: Принципы нестацинарной спектроскопии с
использованием сверхкоротких лазерных импульсов. Теория нестационарной
КАРС молекулярных газов. Пикосекундный КАРС спектрометр на основе
инжекционного параметрического генератора света для исследования
дефазировки молекулярных газов
Лекция 7
Рентгеновские лазеры, гегнерирующие сверхкороткие импульсы: История
возникновения и развития рентгеновских лазеров. XFEL лазеры. Двухкаскадный
плазменный фемтосекундный рентгеновский лазер на столкновительном
возбуждении 3p-3s переходов никель-подобных ионов серебра
Лекция 8
Гегнерация сверхкоротких световых импульсов в режиме одиночных фотонов:
Формирование фемтосекундных однофотонных импульсов в процессе спонтанной
параметрической люминесценции. Применение в квантовой криптографии
Лекция 9
Синхронизация мод: Ширины линий усиления атомарных и молекулярных газов,
жидкостей, твердых тел. Спектр мод поля в резонаторе. Предельная длительность
импульса генерации. Синхронизация мод поля в резонаторе. Профиль
интенсивности импульсов генерации в лазере с принудительной синхронизацией
мод. Самосинхронизации мод поля в резонаторе.
Лекция 10
Обобщенный двухуровневый атом: Полная (неукороченная) система уравнений
Максвелла-Блоха для взаимодействия УКИ со средой двухуровневых атомов.
Линейное приближение - модель Лоренца. Уравнение дисперсии. Запрещенная
область частот, ее ширина и зависимость от параметров среды.
Лекция 11
Блоховский интеграл движения уравнений Максвелла-Блоха. Азимутальный и
полярный углы Блоха и их физический смысл. Синфазная и квадратурная
компоненты плотности тока поляризации. Зависимость соотношения скоростей
диссипативных и реактивных процессов от разности фаз между полем и
поляризацией. Разложение поляризации по квадратурным компонентам физический смысл и графическое представление.
Лекция 12
Зонная структура уровней: Спектрально-люминесцентные свойства красителей.
Структура их энергетических уровней. Конфигурационная координата. Зонная
структура уровней в твердом теле. Плотность электронных состояний в зоне
проводимости, концентрация носителей. Энергия Ферми. Донорные и
акцепторные уровни.
Лекция 13
Уравнения генерации молекулярных и твердотельных лазеров. Межзонная и
внутризонная релаксация. Квазиравновесное распределение колебательновращательных состояний молекул. Квазиравновесное распределение в твердом
теле. Профиль полосы усиления на межзонных переходах. Лазеры с
насыщающимся поглотителем. Методы компрессии импульсов.
Лекция 14
Динамика генерации ультракоротких импульсов в лазерах на красителях и
твердотельных лазерах. Условие инверсии. Связь предельной длительности
импульса с шириной полосы усиления. Насыщающийся поглотитель. Механизм
сокращения длительности в лазерах с насыщающимся поглотителем и предельная
длительность импульса. Усиление на межзонных переходах. Влияние дисперсии
среды на предельную длительность генерируемого импульса.
Лекция 15
Теория генерации высоких оптических гармоник. Особенности взаимодействия
сверхсильных пространственно-неоднородных лазерных полей с атомарными и
молекулярными средами. Эффект генерации высоких оптических гармоник в
атомарных газах. Классическая теория процесса генерации высоких оптических
гармоник.
Лекция 16
Природа нелинейности оптического отклика атома: Собственные решения
краевой задачи о движении электрона в суперпозиции сферически симметричного
внутриатомного поля и поля внешней электромагнитной волны. Связь
собственных волновых функций краевых задач свободного атома и «атома во
внешнем поле».
Лекция 17
Атом в сверхсильном лазерном поле: Ионизация атома: многофотонная и
туннельная ионизация, эффекты стабилизации ионизации и ускоренной
ионизации. Взаимодействие атома с многочастотным лазерным полем.
Поляризационные свойства нелинейно-оптического отклика атома в
сверхсильном лазерном поле.
4. Основная литература.
1. Ахманов С.А., Выслоух В.А., Чиркин А.С. Оптика фемтосекундных лазерных
импульсов. М.: Наука, 1988
2. Femtosecond-Scale Optics, Anatoli V. Andreev (Ed.), ISBN: 978-953-307-769-7, InTech
(2011)
3. Андреев А.В. “Взаимодействие атома со сверхсильными полями” ЖЭТФ,
т.116, вып. 3(9), с. 793-806 (1999)
4. Andreev A.V. ATOMIC SPECTROSCOPY: Introduction to the Theory of
Hyperfine Structure. Springer, 2006.
5. А.П.Сухоруков.
Оптика
сверхкоротких
импульсов.
Соросовский
образовательный журнал, №7, с.81 (1997)
6. Андреев А.В. «Релятивистская квантовая механика: частицы и зеркальные
частицы», М.: Физматлит, 2009
7. Sergey Magnitskiy et.al. Observation and theory of X-ray mirages. Nature
Communications 4, Article number: 1936, doi:10.1038/ncomms2923, 04 June
2013
8. Андреев А.В., Стремоухов С.Ю., Шутова О.А. Ионизация многоуровневого
атома ультракороткими лазерными импульсами. ЖЭТФ, 138, 1060 (2010)