Взаимодействие лазерного излучения с веществом

Аннотация программы учебной дисциплины «Взаимодействие лазерного излучения с
веществом»
1. Цель курса – дать студентам базовые знания и навыки по изучаемому предмету, как в
теоретическом, так и в практическом и экспериментальном плане.
Задачами дисциплины являются:
1. Изучение физики генерации лазерного излучения, свойств лазерных пучков и
методов их преобразования, принципов использования лазеров в науке и
прикладных целях.
2. Формирование умения использовать полученные знания для оценки результатов
воздействия лазерного излучения на вещество.
3. Практическое усвоение основных методик физического эксперимента по тематике
курса.
2. Требования к уровню освоения содержания дисциплины:
Выпускник должен обладать следующими компетенциями: способностью
использовать базовые теоретические знания для решения профессиональных задач
(ПК-1); способностью применять на практике базовые профессиональные навыки
(ПК-2); способностью эксплуатировать современную физическую аппаратуру и
оборудование (ПК-3); способностью использовать специализированные знания в
области физики для освоения профильных физических дисциплин (в соответствии
с профилем подготовки)(ПК-4);способностью использовать в познавательной и
профессиональной деятельности базовые знания в области математики и
естественных наук (ОК-1); способностью выстраивать и реализовать
перспективные
линии
интеллектуального,
культурного,
нравственного,
физического и профессионального саморазвития и самосовершенствования (ОК-5);
способностью применить основные методы защиты производственного персонала
и населения от возможных последствий аварий, катастроф, стихийных бедствий
(ОК-18); способностью использовать нормативные правовые документы в своей
деятельности (ОКУ-20); способностью понимать сущность и значение информации
в развитии современного информационного общества, сознавать опасности и
угрозы, возникающие в этом процессе, соблюдать основные требования
информационной безопасности, в том числе защиты государственной тайны (ОК21).
3. Содержание дисциплины. Основные разделы
Свойства лазерного излучения. Линейная поляризация и линейное рассеяние света.
Вероятности межуровневых переходов в атомах. Квантово-механическое и
полуклассическое описание. Виртуальные и реальные оптические переходы
электрона в атоме. Нелинейная поляризация и нелинейные восприимчивости.
Однофотонное и многофотонное возбуждение квантовых систем. Уширение уровней в
квантовых системах и его влияние на эффективность многофотонного возбуждения.
Многофотонное возбуждение реальным лазерным излучением. Статистический
фактор. Роль промежуточного резонанса в многофотонном возбуждении.
Многофотонная резонансная спектроскопия. Фотоионизация, надбарьерный распад и
туннелирование в постоянном электрическом поле. Условия осуществления
нелинейной ионизации в поле лазерного излучения. Прямой и резонансный процессы
многофотонной ионизации. Метод многофотонной резонансной ионизационной
спектроскопии. Двухступенчатая селективная фотоионизация атомов. Селективное
воздействие лазерного излучения на молекулы. Нарушение селективности при
возбуждении лазерным излучением. Уравнения Максвелла для линейной и
нелинейной сред. Условия фазового синхронизма. Возбуждение высших гармоник.
Практические методы осуществления фазового синхронизма. Связь трех волн в
квадратичной среде. Смешение частот. Вынужденное рассеяние Мандельштама —
Бриллюэна. Связь четырех волн в кубичной среде. Закон сохранения числа
фотонов и его следствия. Обращение волнового фронта при четырехволновом
взаимодействии. Параметрическая генерация световых импульсов сверхкороткой
длительности. Количественные характеристики процесса нелинейной рефракции.
Самофокусировка импульсного лазерного излучения. Явление самоиндуцированной
прозрачности. Оптический пробой в газах. Механизмы нелинейной ионизации,
ионизации газа электронами, ускоренными в поле излучения. Динамика плазмы,
образованной ионизацией газа. Оптическое разрушение номинально чистых
прозрачных диэлектриков. Оптическое разрушение прозрачных диэлектриков,
обусловленное локальными макропримесями. Эффект накопления. Отражение и
поглощение излучения непрозрачными материалами. Нагревание поверхности
металла. Эмиссия частиц с поверхности металлов. Плавление и испарение
металлов. Влияние окисления металлической поверхности при облучении на
процессы плавления и испарения. Физические процессы, приводящие к образованию
лазерной плазмы. Экспериментальные методы исследования лазерной плазмы.
Основные характеристики плазменного факела. Критическая плотность лазерной
плазмы. Поглощение лазерного излучения в плазме. Передача энергии от области
поглощения излучения к плотной плазме. Лазерный термоядерный синтез.
Составитель: Сетейкин А.Ю., канд. физ.-мат. наук, доцент