квантовая оптика и лазерная физика

Московский физико-технический институт (государственный университет)
Факультет проблем физики и энергетики
Утверждаю"
Н. Кудрявцев
1999 г.
ПРОГРАММА ИТОГОВОГО ГОСУДАРСТВЕННОГО
ЭКЗАМЕНА
ПО СПЕЦИАЛЬНОСТИ № 010300 - "ПРИКЛАДНЫЕ
МАТЕМАТИКА И ФИЗИКА"
"Квантовая оптика я лазерная физика"
Программа разработана кафедрой " Лазерная физика" (базовое предприятие ИОФ РАН) в
соответствии с магистерской программой № 0103070 " Квантовая оптика и лазерная физика".
Декан ФПФЭ
С.А. Гордюнин
1999 г.
зав. кафедрой "Лазерная физика"
A.M. Прохоров
1999г.
Москва 1999 г
Программа магистерского экзамена по
специальности "Лазерная физика"
I. Основы лазерной физики
1. Спонтанное и вынужденное излучение; поглощение, процессы
релаксации. Уширение спектральных линий, однородное и неоднородное
уширение. Эффект насыщения.
2. Атомные и молекулярные системы.
3. Базовая схема лазера. Процессы накачки: оптическая, электронный
удар, химическая, газодинамическая.
4. Оптические резонаторы. Виды резонаторов. Устойчивые резонаторы,
диаграмма устойчивости. Плоскопараллельный резонатор,
концентрический резонатор, конфокальный и полуконфокальный
резонаторы. Свойства лазерных пучков, гауссовы пучки. Неустойчивые
резонаторы.
5. Активная среда. Системы уровней энергии. Трехуровневая схема
лазерной генерации, четырехуровневая схема. Самоограниченный
переход, его особенности.
Скоростные (кинетические) уравнения. Режимы работы лазеров.
Непрерывный режим. Нестационарные режимы: модуляция добротности,
синхронизация мод (активная, пассивная), ультракороткие лазерные
импульсы, способы их получения. Лазерные импульсы фемтосекундной
длительности. Методы регистрации длительности ультракоротких
импульсов (так называемая "двухфотонная" люминесценция,
неколлинеарная генерация второй гармоники, коллинеарная генерация
второй гармоники разнополяризованными волнами основной частоты),
корреляторы для измерения длительности лазерных импульсов.
6. Типы лазеров. Твердотельные лазеры на примесных ионах. Рубиновый
лазер, лазер на кристалле титан-сапфира, лазер на кристалле александрита.
Лазеры на кристаллах с примесными редкоземельными ионами Nd,
Ег,Но.
Газовые лазеры на нейтральных атомах (гелий-неоновый, гелий-кадмиевый
лазер), ионные газовые лазеры (аргоновый, криптоновый), лазеры на парах
металлов (лазер на парах золота, на парах меди, лазерный микроскоп).
Молекулярные газовые лазеры. ССЬ -лазер, СО-лазер. Азотный лазер,
водородный лазер. Лазеры (ХеС1, KrCl). Полупроводниковые лазеры.
Рентгеновский лазер. Лазер на свободных электронах.
П. Основы нелинейной оптики и взаимодействия лазерного излучения с
веществом.
1. Поляризация материальной среды. Линейная и нелинейная поляризация.
Сильные световые поля и разложение поляризации вещества по степеням
поля. Квадратичная нелинейная восприимчивость, кубичная
восприимчивость, восприимчивости высших порядков.
Нелинейнооптические эффекты, связанные с квадратичной и с кубичной
нелинейными восприимчивостями.
Генерация оптических гармоник и суммарных частот. Генерация разностных
частот и параметрическая генерация в оптическом диапазоне. Двухфотонное
поглощение. Оптическое выпрямление и линейный электрооптический
эффект (эффект Поккельса). Вынужденное комбинационное (рамановское)
рассеяние. Самофокусировка.
III. Применения лазеров
1. Научные применения лазеров.
а.Получение горячей плазмы с помощью лазеров, механизмы нагревания
плазмы лазерным излучением. Возможность использования лазеров для
управляемого термоядерного синтеза, термоядерные мишени, сжатие и
нагрев термоядерных мишеней лазерным излучением. Мощные лазерные
системы для исследований в области лазерного термоядерного синтеза.
б.Диагностика плазмы с помощью лазерного излучения.
Интерферометрические методы определения электронной концентрации.
Использование метода рассеяния для определения температуры и
концентрации.
в.Лазерное разделение изотопов.Метод селективной ионизации
для атомов.Метод селективной диссоциации для молекул.
г.Применение лазеров в химии.Инициирование химических реакций
лазерным излучением.Лазерная термохимия.
д. Голография. Схема Габора, схема Лейтса и Упатниекса. Опорный и
предметный пучки. Голография Френеля, голография Фурье.
2.Применение лазеров в метрологии.
а.Лазерные методы измерения скорости.
б.Опыт Саньяка. Лазерные гироскопы, проблема затягивания частоты.
в.Измерени размеров, профилей и чистоты обработки изделий.
г.Интерферометрические методы измерения расстояний.
д. Методы измерения ультракоротких импульсов.
3. Лазеры в технологии.
а.Основные процессы при взаимодействии мощного лазерного излучения
с материалами: поглощение, теплопроводность, плавление, кипение,
испарение.
б. Лазерная обработка материалов. Резка, сварка, перекристаллизация
поверхности.
4. Системы лазерной связи.
а.Общие принципы построения лазерных систем связи.
б.Модуляция лазерного излучения, основные методы модуляции.
Физические явления,используемые для модуляции лазерного
излучения,основные типы модуляторов.Электрооптические
модуляторы,акустооптические модуляторы.
в.Детектирование лазерного излучения, основные методы датектирования.Фотоприемники,употребляемые в системах лазерной связи.
Оптическое гетеродинирование.
г.Шумы в системах лазерной связи.Шумы лазеров.Шумы фотоприемников.Предельная чувствительность систем лазерной связи,
д.Распространение лазерного излучения в атмосфере.
е.Световоды.Интегральыая оптика.
5. Лазерная локация.
а.Общие принципы построения систем лазерной локации.
6.Дефлекторы лазерного излучения,углы отклонения, разрешающая
способность.Основные типы дефлекторов лазерного излучения,
акустооптические дефлекторы.
-СЛазеры в биологии и медицине.
а.Применение лазеров в медицине.Лазерный скальпель для хирургии.
Импульсные лазеры для лечения заболеваний глаз, б.Воздействие
лазерного излучения на биологические обьекты.
Литература:
1.Н.В.Карлов. Лекции по квантовой электронике. Москва,
"Наука", 1988.
2.О.Звелто. Принципы лазеров. Москва, "Мир", 1990.
З.А.Ярив. Квантовая электроника. Москва, "Советское радио",
1980.
4.Ф.Качмарек. Введение в физику лазеров. Москва, "Мир",
1981.
5.Т.Маршалл. Лазеры на свободных электронах. Москва,
"Мир", 1987.
6.Сверхкороткие световые импульсы. Под ред.С.Шапиро.
Москва, "Мир", 1981.
Т.Ф.Цернике, Дж.Мидвинтер. Прикладная нелинейная оптика.
Москва, "Мир", 1976.
8.В.Г.Дмитриев, Л.В.Тарасов. Прикладная нелинейная оптика.
Москва, "Радио и связь", 1982.
9.И.Р.Шен. Принципы нелинейной оптики. Москва, "Наука",
1989.
Ю.Дж.Реди.Промышленное применение лазеаров.
Москва,"Мир",1983.
11.В.К.Пратт.Лазерные системы связи. Москва,"Радио и
связь",1972.
12.В.М.Гальярди и Ш.Карш. Москва, "Мир", 1978.
13.Применение лазеров. Под. ред. В.П.Тычинского. Москва, "Мир",
1974.
14. Справочник по лазерам, т. 1,2. Под ред. А.М.Прохорова. Москва,
"Советское радио", 1978.