Методические рекомендации по изучению дисциплины

Методические рекомендации по изучению дисциплины
Для самостоятельного освоения курса «Фемтосекундная оптика и фемтотехнологии». (ФСО И ФТ) рекомендуется придерживаться следующего порядка действий.
1. Ознакомиться с рабочей программой по ФСО И ФТ.
2. Прочитать краткий конспект лекций.
3. Для более глубокого изучения материала следует использовать учебное пособие
Петропавловский В.М. «Фемтосекундная оптика и фемтотехнологии».
ЦЕЛЬ И ЗАДАЧИ КУРСА
Целью преподавания дисциплины является:
 Создание у студентов достаточно широкой теоретической подготовки в области
фемтосекундной оптики и фемтотехнологий..
 Усвоение физических принципов генерации фемтосекундных импульсов.
 Ознакомление студентов с современной научной аппаратурой и выработка
начальных навыков проведения научных исследований.
СОДЕРЖАНИЕ ДИСЦИПЛИНЫ
Основы взаимодействия между атомными системами и световыми импульсами.
Элементарные процессы излучения. Спонтанное излучение. Вынужденное излучение. Поглощение. Соотношения между вероятностями переходов при тепловом равновесии. Скоростные уравнения. Взаимодействие излучения с ансамблем атомных систем и неоднородное уширение линий. Быстропротекающие процессы в атомных системах. Внутренние
переходы в атомных системах. Релаксационные процессы. Реакции из возбужденного состояния. Процессы релаксации фазы. Общие теоретические основы описания взаимодействия световых импульсов с атомными системами. Волновое уравнение. Кваитовомехаиическое описание атомных. Рассмотрение двухуровневой системы.
Общее описание фемтосекундных лазеров
Принцип действия лазера. Создание инверсии населенностей путем оптической. Оптические резонаторы. Аналогия между открытым и закрытым резонаторами. Плоский резонатор Фабри—Перо. Дифракционная теория открытого резонатора. Расчет распределения
поля внутри и вне резонатора для гауссовых. Трехзеркальный резонатор. Характеристика
активных веществ наиболее распространенных. АИГ-лазер. Газовый лазер на ионах аргона и криптона. Лазеры на красителях. Полупроводниковые лазеры. Модуляция добротности. Принцип генерации ультракоротких импульсов: синхронизация мод. Методы синхронизации мод. Активная синхронизация мод. Лазеры с синхронной накачкой. Пассивная
синхронизация мод. Лазеры с распределенной обратной связью
Методы измерений
Основные принципы измерений характеристик быстропротекающих процессов. Метод развертки. Стробоскопия, метод. Сведение временного интервала к пространственному сдвигу. Преобразование сигналов. Корреляционные методы. Пределы временного разрешения.
Вращающееся зеркало. Фотоэлектрические приемники. Электронно-оптическое развертывающее. Фокусирующие системы. Диспергирующие системы. Нелинейные оптические методы измерения длительности ультракоротких импульсов. Измерение корреляционной
функции интенсивности посредством генерации второй гармоники. Измерение корреляционной функции интенсивности с помощью двухфотониой люминесценции. Измерение
кросскорреляциониых функций интенсивности. Управляемые лазерным излучением оптические затворы иа основе оптического эффекта. Управляемые лазерами оптоэлектрониые
затворы.
1
Активная синхронизация мод
Принцип действия. Амплитудная модуляция. Фазовая. Однородно и неоднородно уширенные лазерные переходы. Экспериментальные установки и. Модуляторы. Лазеры на ионах
благородных газов с синхронизацией. Экспериментальное исследование активной синхронизации мод лазера иа АИГ
МАГНИТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ
Классификация веществ по магнитным свойствам. Ферро- и ферримагнетизм. Магнитная
анизотропия. Магнитострикция. Химические свойства магнитных материалов. Влияние
состава, механической и термической обработки на магнитные свойства ферромагнетиков.
Магнитомягкие материалы для постоянных и низкочастотных магнитных полей. Магнитные материалы для высоких и сверхвысоких частот. Магнитные материалы с прямоугольной петлей гистерезиса. Магнитострикционные материалы. Магнитные пленки. Магнитотвердые материалы. Магнитотвердые материалы из порошков. Материалы для магнитных лент и дисков. Сверхпроводниковые материалы. Сверхпроводимость. Применение
сверхпроводников. /Гл.9 §9.1-9.8 Гл.10 §10.1-10.5/
Лазеры с синхронной накачкой.
Принцип действия. Теория. Основные уравнения. Обсуждение решений для стационарного.
Порог генерации. Стабильный импульсный режим (область синхронизации мод). Параметры импульсов. Формирование ультракоротких импульсов из шума и образование импульсов-. Образование импульсов с фазовой модуляцией. Экспериментальные установки и результаты. Основы конструкции лазеров с синхронной иакачкой. Экспериментальное исследование параметров импульсов лазеров с синхронной. Селекция импульсов. Усиление.
Пассивная синхронизация мод в лазерах на красителях.
Принцип. Основные уравнения. Обсуждение решений для стационарного режима.
Стабильный моиоимпульсиый режим. Параметры импульсов. Эффекты когерентного перекрытия сталкивающихся импульсов при пассивной синхронизации мод. Основные уравнения.
Решение уравнений при условии. Решения в случае иерезоиансных условий. Возникновение
«чирпа» и его компенсация. Влияние времени поперечной релаксации усилителя и поглотителя. Экспериментальные установки и результаты. Основы устройства лазеров на красителях,
накачиваемых импульсными лампами. Основы устройства лазеров на красителях с непрерывной накачкой. Результаты экспериментальных исследований. Сталкивающиеся импульсы.
Двойная синхронизация мод
Пассивная синхронизация мод в твердотельных лазерах
Принцип.. Основные уравнения Линейная фаза формирования импульса. Нелинейная фаза формирования импульса (. Пренебрежение изменением иаселеииостей в усилителе. Влияние снятия инверсии иаселениостей в активной среде 3. Критерии эффективной синхронизации мод: вероятность срыва процесса развития импульсов и образования
двойных импульсов. Снятие усиления. Экспериментальные установки и результаты.
Устройство и особенности твердотельных лазеров с пассивной синхронизацией. Свойства
пикосекундных импульсов, генерируемых твердотельными лазерами с пассивной синхронизацией. Выделение одиночных импульсов и последующее. Экспериментальное исследование процесса формирования ультракоротких. Роль эффективных сечений поглотителя
и усилителя. Влияние времени релаксации в поглотителе на процесс формирования ультракоротких импульсов. Полупроводниковые лазеры
2
Нестационарные нелинейные оптические процессы
Генерация второй гармоники излучения. Использование других нелинейных оптических процессов для преобразования частоты. Смешение частот. Оптическая параметрическая генерация. Параметрическое четырехфотонное взаимодействие. Оптическое выпрямление и возбуждение излучения. Вынужденное комбинационное рассеяние. Использование нерезоиаисных оптических процессов для изменения формы и длительности импульсов. Изменение формы импульсов при нелинейных оптических взаимодействиях.
Компрессия импульсов с фазовой модуляцией в линейной оптической среде. Распределение импульсов в недиспергирующей нелинейной оптической среде. Диспергирующие нелинейные оптические среды. Нестационарные резонансные процессы. Оптическая нутация и затухание свободной поляризации. Фотонное эхо. Самоиидуцироваииая прозрачность
4. Прорешать задачи, номера которых указаны в списке тематик практических занятий, руководствуясь примерами решения задач, приведенных перед списком задач.
5. Изучить методические разработки к выполнению лабораторных работ.
6. Написать заготовки к письменным отчетам по выполнению лабораторных работ.
Заготовка к письменному отчету должна содержать:
1) Название и номер лабораторной работы.
2) Фамилию, имя и номер группы студента.
3) Цель работы.
4) Приборы, материалы и принадлежности к выполнению лабораторной работы.
5) Схема лабораторной установки.
6) Описание лабораторной установки.
7) Порядок выполнения измерений и расчетов результатов лабораторной
работы.
8) Таблицы для занесения результатов измерений.
9) Ответы на контрольные вопросы.
10) После выполнения лабораторной работы студент должен написать вывод.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Петропавловский В.М. Фемтосекундная оптика и фемтотехнологии. Учебное пособие. Самара. Изд-во ПГУТИ. 2013. - 269с.
2. Козлов С.А., Самарцев В.В. Основы фемтосекундной оптики. – М.: ФИЗМАТЛИТ,
2009. – 292 с.
3. Петропавловский В.М. Методические указания к курсовой работе по дисциплине
«Фемтосекундная оптика и фемтотехнологии».. - Самара. Изд-во ПГУТИ. 2013. – 46с.
4. В.С. Пестряков. Фемтосекундная оптика. Физический факультет НГУ, Новосибирск,
2012. [Электронный ресурс] – Режим доступа: http://www.phys.nsu.ru/courses/Courses.asp/
14FemtosecondOptics.doc.
5. АХМАНОВ С. А., ВЫСЛОУХ В. А., ЧИРКИН А. С. Оптика фемтосекуидных лазерных
импульсов.— М.: Наука. Гл. ред. физ.-мат. лит., 1988.—312 с.
6. Херман. Й., Вильгельми Б. Лазеры сверхкоротких световых импульсов: Пер.
с нем.—М.: Мир, 1986.—368 с.
3