Содержание курса лекций "Нелинейная лазерная спектроскопия"

2011/2012 учебный год. Крылов И. Р.

Лекция 1.

Введение.

Волна вероятности, длина волны де Бройля.

Дифракция и интерференция электронов.

Рассеяние нейтронов на кристалле.

Интерференция более тяжелых частиц.

Туннелирование.

Парадокс Эйнштейна, Подольского, Розена (ЭПР).

Кошка в черном ящике (кот Шредингера).

Электрон в атоме водорода.

Правила отбора.

Комплексность волновой функции.

Оператор импульса.

Лекция 2.

Оператор любой физической величины и среднее значение любой физической величины.

Уравнение Шредингера.

Уравнение Клейна-Гордона-Фока.

Амплитуда вероятности.

Дифференциальные уравнения для амплитуд вероятности.

Матрица плотности.

Физический смысл элементов матрицы плотности.

Дифференциальное уравнение для матрицы плотности.

Представления операторов.

Дифференциальные уравнения для элементов матрицы плотности.

Лекция 3.

Приближение вращающейся волны.

Реакция среды на поле монохроматической волны.

Провал и пик Беннетта.

Светоиндуцированный дрейф. Разделение изотопов.

Поляризация среды.

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

Лекция 4.

Показатель преломления и коэффициент поглощения среды.

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

Понятие о дисперсионном соотношении Крамерса-Кронига.

Скоростные уравнения или уравнения баланса.

Скоростные уравнения или уравнения баланса (продолжение).

Физический смысл скоростных уравнений.

Импульс предвестник.

Два качественных описания взаимодействия света со средой.

Лекция 5.

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).

Лекция 6.

Варианты спектроскопии насыщения поглощения (продолжение).

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 конкретной экспериментальной установки для исследования резонансов насыщения поглощения в частотной области генерации CO₂-лазера низкого давления.

Лекция 7.

Ширина и форма резонансов насыщения поглощения.

Ширина резонансов 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 8.

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.

Резонанс насыщения плотности возбужденных частиц.

Оптогальванический метод регистрации резонанса плотности возбужденных частиц.

Эталоны частоты и длины.

Лекция 9.

Активная стабилизация частоты генерации лазера.

Операционный усилитель (ОУ).

Анализ основных принципов работы ОУ с отрицательной обратной связью.

Преобразователь фототок - напряжение на основе ОУ.

Усилитель напряжения на ОУ.

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

Возбуждение и генерация системы с обратной связью.

Стабилизация частоты генерации лазера через стабилизацию 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 генератора управляемого напряжением.

Стабильность и воспроизводимость частоты генерации лазера.

Оптический эталон частоты и радиооптический мост.

Лекция 10.

Резонансы двухфотонного поглощения без доплеровского уширения.

CPT-резонанс. Резонанс когерентного пленения населенности.

Нестационарная нелинейная лазерная спектроскопия. Оптические уравнения Блоха.

Физический смысл компонент вектора Блоха.

Лекция 11.

Качественный вид решений уравнений Блоха.

Динамический Штарк-эффект или эффект Штарка в поле световой волны.

Оптические нутации.

Лекция 12.

Затухание свободной поляризации (ЗСП). Сверхизлучение.

Площадь светового импульса. Самоиндуцированная прозрачность.

Фотонное эхо.

Трехимпульсное фотонное эхо.

Цуг эха Карра-Парселла.

Лекция 13.

Три основных метода быстрого включения и выключения светового поля.

Быстрое адиабатическое прохождение.

Запаздывающая оптическая нутация.

Биения когерентного комбинационного рассеяния.