Содержание курса лекций "Нелинейная лазерная спектроскопия"

2023/2024 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.

Лекция 2.

Квантовое туннелирование. Альфа-распад атомного ядра.

Молекула аммиака.

Супертонкая структура уровней молекул SF₆ и SiF₄.

Нанооптика.

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.

Лекция 3.

Сжатое состояние света. Вторичное квантование.

Эффект Казимира.

Амплитуда вероятности.

Дифференциальные уравнения для амплитуд вероятности.

Атом в двухуровневом приближении.

Матрица плотности.

Физический смысл элементов матрицы плотности.

Дифференциальное уравнение для матрицы плотности (уравнение фон Неймана или квантовое уравнение Лиувилля).

Представления операторов.

Дифференциальные уравнения для элементов матрицы плотности.

Приближение вращающейся волны.

Лекция 4.

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.

Показатель преломления больше единицы в области прозрачности среды, как влияние хвостов высокочастотных линий поглощения.

Дисперсионные соотношения Крамерса — Кронига.

Лекция 5.

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.

Внутрирезонаторная спектроскопия насыщения поглощения.

Однонаправленные световые волны и резонанс насыщения поглощения (двойной оптический резонанс).

Перекрестные резонансы насыщения поглощения во встречных световых волнах.

Лекция 6.

Варианты спектроскопии насыщения поглощения (продолжение).

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 (начало).

Лекция 7.

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

Лекция 8.

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 резонансов насыщения поглощения тушащими столкновениями молекул.

Уширение резонансов насыщения поглощения дефазирующими столкновениями молекул.

Уширение резонансов насыщения поглощения деориентирующими столкновениями молекул.

Лекция 9.

Ширина и форма резонансов насыщения поглощения (продолжение).

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

Нестолкновительные причины уширения резонансов насыщения поглощения.

Уширение мощностью лазерного луча.

Пролетное уширение.

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.

Лекция 10.

Резонанс насыщения плотности возбужденных частиц (продолжение).

Оптогальванический метод регистрации резонанса плотности возбужденных частиц.

Эталоны частоты и длины.

Стабильность и воспроизводимость частоты генерации лазера.

Активная стабилизация частоты генерации лазера.

Операционный усилитель.

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- входа на уровне напряжения U+ входа в схеме усилителя напряжения на основе операционного усилителя.

Возбуждение или генерация системы с отрицательной обратной связью.

Стабилизация частоты генерации лазера по его мощности.

Лекция 11.

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 генератора управляемого напряжением.

Радиооптический мост.

Фемтосекундный лазер.

Резонансы двухфотонного поглощения без доплеровского уширения.

Лекция 12.

Резонансы двухфотонного поглощения без доплеровского уширения (продолжение).

КПН резонанс (CPT resonance).

Лазеры без инверсии.

Остановка света.

Нестационарная нелинейная лазерная спектроскопия. Оптические уравнения Блоха.

Физический смысл компонент вектора Блоха.

Качественный вид решений уравнений Блоха.

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

Лекция 13.

Оптические нутации.

Затухание свободной поляризации. Сверхизлучение.

Площадь светового импульса. Самоиндуцированная прозрачность.

Двухимпульсное фотонное эхо.

Трехимпульсное фотонное эхо.

Цуг эха Карра — Парселла.

Три основных метода быстрого включения и выключения светового поля.

Несостоявшаяся лекция 14.

Гетеродинный прием.

Быстрое адиабатическое прохождение.

Запаздывающая оптическая нутация.

Биения когерентного комбинационного рассеяния.

Нелинейная комб-спектроскопия высокого разрешения.

Вопросы к экзамену.