Нелинейная оптика

НЕЛИНЕЙНАЯ ОПТИКА
5 курс, 9 семестр, 30 часов
1.
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.
2. 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.
3. 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.
4.1. 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.
5. Вероятности переходов при многофотонном поглощении.
5.1. Оператор плотности.
Определение оператора плотности. Среднее значение наблюдаемой величины. Зависимость оператора плотности от времени.
5.2. Расчет вероятностей переходов методами теории возмущений.
Возмущенный гамильтониан. Решение уравнений движения для индуцированных процессов. Общее выражение для вероятности m-фотонного поглощения.
5.3. Сечения рассеяния для многофотонных процессов.
Определение сечения рассеяния. Сечения рассеяния для одно, двух- и трехфотонного
поглощения. Численные примеры.
6. 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 плот-
ности. Система уравнений для дипольного момента и разности населенностей. Приближение огибающих.
6.3.Самоиндуцированная прозрачность.
Самосогласованная система уравнений для поляризации и поля. 2  -импульс. Солитоны.
6.2.
Фотонное эхо.
 /2-импульс,  -импульс. Расчет сигнала фотонного эха.
6.3.
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.