Реферат: Курс, 9 семестр, 30 часов Линейные и нелинейные волновые процессы в природе. Роль интенсивности света в оптике

НЕЛИНЕЙНАЯ ОПТИКА

5 курс, 9 семестр, 30 часов


Линейные и нелинейные волновые процессы в природе.

1.1. Роль интенсивности света в оптике. Частота и поляризация – основные характеристики света в долазерной оптике. Распространение ограниченного светового пучка в среде в зависимости от интенсивности света. Изменение частоты света при его прохождении через среду. Оптические гармоники. Другие лазерные эффекты – просветление и затемнение среды, исчезновение красной границы фотоэффекта.

1.2.Теоретические основы линейной оптики. Взаимодействие света со средой, материальное уравнение, линейная восприимчивость. Оптический электрон как гармонический и ангармонический осциллятор. Сильные и слабые световые поля.

^ 1.3.Нелинейные колебательные волновые процессы. Нелинейные процессы в радиофизике. Нелинейные явления в акустике. Нелинейные явления в оптике, гетеродирование света. Работы С.И. Вавилова, Р.В. Хохлова, С.А. Ахманова, П. Франкена по нелинейной оптике.

^ 1.4.Фотонная структура процессов взаимодействия света с веществом. Оптические переходы различной фотонной кратности. Многофотонные процессы и виртуальные переходы. Двухфотонные процессы: двухфотонное поглощение, двухфотонное испускание, комбинационное рассеяние света. Трехфотонные процессы: трехфотонное поглощение, трехфотонное испускание, трехфотонное комбинационное рассеяние. Когерентные многофотонные процессы: упругое (рэлеевское) рассеяние, генерация второй гармоники, параметрическое рассеяние света.

Нелинейная поляризация среды – причина появления нелинейных оптических эффектов.

^ 2.1.Оптическая поляризация среды и ее разложение по степеням поля. Нелинейные восприимчивости в изотропных и анизотропных средах. Нелинейная оптика и электрооптика..Постранственная и временная дисперсия.

^ 2.2.Нелинейные среды.

Тензорные свойства нелинейной восприимчивости.Статическая и переменная нелинейные поляризации. Гармоники нелинейной поляризации.Модель классического электрона и нелинейные восприимчивости. Нелинейные восприимчивости различных сред.

^ 3. Преобразование частоты лазерного пучка.

3.1.Физическая картина.

Упрощающие допущения. Генерация второй гармоники, фазовый синхронизм, когерентная

длина. Параметрическая генерация.

^ 3.2.Аналитическое рассмотрение.

Уравнения поля с учетом нелинейной поляризации. Приближение медленно меняющейся амплитуды. Решение волновых уравнений для нелинейного параметрического взаимодействия. Оптический параметрический генератор. Решение волновых уравнений для генерации второй гармоники.

^ 3.3.Спонтанное и вынужденное рассеяния лазерного излучения.

Спонтанное рассеяние света атомами и молекулами.Вынужденное рассеяние света. Вынужденное комбинационное рассеяние (ВКР). Роль ВКР в нелинейной оптике и квантовой электронике. Спонтанное рассеяние света однородной средой. Вынужденное рассеяние Мандельштама-Бриллюэна (ВРМБ). Применения ВРМБ в квантовой электронике.

Нелинейная рефракция.

^ 4.1.Явления оптической рефракции, нелинейной рефракции, самовоздействия излучения.

4.2.Распространение слабой световой волны в линейной среде.

Плоская неограниченная волна, приближение заданного поля. Распространение ограниченного светового пучка.

Распространение сильной световой волны в нелинейной среде.

Поле суммарной волны, приближение укороченных уравнений Максвелла. Изменение волнового вектора.

^ 4.3.Количественные характеристики процесса нелинейной рефракции.

Угол самофокусировки, длина самофокусировки. Критическая напряженность поля и критическая мощность излучения.

^ 4.5.Самофокусировка импульсного излучения. Режим волноводного распространения и движущиеся фокусы.

Вероятности переходов при многофотонном поглощении.

Оператор плотности.

Определение оператора плотности. Среднее значение наблюдаемой величины. Зависимость оператора плотности от времени.

^ Расчет вероятностей переходов методами теории возмущений.

Возмущенный гамильтониан. Решение уравнений движения для индуцированных процессов. Общее выражение для вероятности m-фотонного поглощения.

^ Сечения рассеяния для многофотонных процессов.

Определение сечения рассеяния. Сечения рассеяния для одно, двух- и трехфотонного поглощения. Численные примеры.

Когерентные нелинейные процессы резонансного взаимодействия излучения с веществом.

^ 6.1.Общая характеристика когерентных явлений.

Когерентизация молекул. Описание когерентных свойств вещества на основе матрицы плотности.

6.2.Двухуровневая модель.

Матрица плотности в двухуровневом случае. Уравнение эволюции для матрицы плотности. Система уравнений для дипольного момента и разности населенностей. Приближение огибающих.

^ 6.3.Самоиндуцированная прозрачность.

Самосогласованная система уравнений для поляризации и поля. 2-импульс. Солитоны.

Фотонное эхо.

/2-импульс, -импульс. Расчет сигнала фотонного эха.

Оптический нутационный эффект.

Уравнения Блоха в приближении точного резонанса и заданного поля. частота нутаций.


Литература
1. Л.В. Тарасов. Физические основы квантовой электроники.- М., Советское радио, 1976.- Глава пятая: Нелинейно-оптические явления.

2. О. Зветло. Принципы лазеров.- М., Мир, 1990.- Глава 8: Преобразование лазерного пучка.

3. Н.Б. Делоне. Взаимодействие лазерного излучения с веществом. Курс лекцций.- М., Наука, 1989.- Лекции 10-15.

4. Р. Пантел, Г. Путхов. Основы квантовой электроники.- М., Мир, 1972.- Глава 1: Квантовая теория.- Глава 5: Нелинейные эффекты в квантованных средах

5.Б.Ф. Гордиец, А.И. Осипов, Л.А. Шелепин. Кинетические процессы в газах и молекулярные лазеры.- М., Наука, 1980.- Глава 8: Кинетика когерентных процессов.