Geum.ru

Программа курса лекций

Вид материалаПрограмма курса

Содержание


I. оптика анизотропных сред
Распространение плоских электромагнитных волн в анизотропных средах.
Электрооптические эффекты.
Ii. нелинейная оптика
Параметрические процессы
Подобный материал:

Введение в нелинейную оптику

Программа курса лекций
(1 курс магистратуры, 1 сем., 36 ч., экзамен)


К.ф.м.н. Ефим Викторович Пестряков

Нелинейная оптика является одним из разделов физической оптики. Ее стремительное развитие, обусловленное созданием лазерных источников излучения, в настоящее время продолжается в нелинейной оптике анизотропных и волоконных сред, нестационарной нелинейной оптике, нелинейной оптической спектроскопии, физике сверхсильных полей. Огромное значение для развития физических, химических и биологических направлений имеет прикладная нелинейная оптика, связанная с практическими реализациями принципов нелинейной оптики в приборах и методах, разработанных на основе нелинейных взаимодействий света с веществом.

Данный курс состоит из двух разделов: оптики анизотропных сред и физики нелинейных оптических явлений. Эти разделы являются основными, базовыми как для самой нелинейной оптики, так и для многочисленных практических приложений. Оба раздела даются в рамках классической электродинамической теории света.

В первом разделе, оптике анизотропных сред, рассматриваются основные положения кристаллооптики, необходимые для понимания природы и принципов, лежащих в основе нелинейно-оптических явлений в конденсированных средах. В этом же разделе рассмотрены вопросы, связанные с искусственной оптической анизотропией твердотельных сред, возникающей под действием электрического поля.

Во втором разделе, нелинейной оптике даются основы феноменологической теории нелинейной оптической восприимчивости кристаллических сред и рассмотрена электродинамическая теория трех фотонных взаимодействий в анизотропных кристаллах. Детально разбираются такие трехфотонные нелинейные процессы как оптическое выпрямление, генерация гармоник и нерезонансные параметрические взаимодействия. Особое внимание уделяется особенностям взаимодействия волн в условиях согласования их фазовых скоростей. Из нелинейно-оптических процессов более высокого порядка рассмотрен только эффект самофокусировки, как наиболее интересный физический эффект, имеющий важное значение для многих задач лазерной физики. Завершается второй раздел рассмотрением нелинейных процессов с участием фотонов и фононов. Основное внимание уделяется физическим основам вынужденного комбинационного рассеяния (ВКР) и вынужденного рассеяния Мандельштама-Бриллюэна (ВРМБ).

I. ОПТИКА АНИЗОТРОПНЫХ СРЕД

1.1. Тензор диэлектрической проницаемости анизотропных сред.

Кристаллы. Простейшие элементы симметрии кристалла. Матричное представление операций симметрии. Точечные группы симметрии кристаллов. Системы кристаллических классов – сингонии. Симметрия и физические свойства кристалла: принцип Неймана. Тензор диэлектрической проницаемости кристаллов различных кристаллических систем.

1.2. Распространение плоских электромагнитных волн в анизотропных средах.

Электромагнитные волны в прозрачных кристаллах. Уравнение Френеля. Одноосные отрицательные и положительные кристаллы. Двулучепреломление: обыкновенная и необыкновенная волна. Двуосные отрицательные и положительные кристаллы. Эллипсоид показателя преломления - оптическая индикатриса. Преломление на границе раздела анизотропных сред. Интерференция поляризованных лучей.

1.3. Электрооптические эффекты.

Электрооптические коэффициенты кристаллов в тензорном представлении. Линейный электрооптический эффект (эффект Поккельса). Квадратичный электрооптический эффект (эффект Керра). Амплитудная и фазовая электрооптическая модуляция света.

II. НЕЛИНЕЙНАЯ ОПТИКА

2.1. Нелинейная поляризация материальных сред

Принцип суперпозиции и его нарушение. Классификация нелинейных явлений. Нелинейная восприимчивость второго порядка, модель ангармонического осциллятора. Общие свойства тензора квадратичной восприимчивости.

2.2. Нелинейное взаимодействие плоских волн при трехчастотном взаимодействии

Волновое уравнение в нелинейной среде. Приближение медленно меняющихся амплитуд. Соотношение Менли-Роу.

2.3. Генерация второй гармоники (ГВГ)

Укороченные волновые уравнения генерации второй гармоники. Интенсивность второй гармоники при наличии волновой расстройки. Генерация второй гармоники в приближении заданного поля основной частоты. Согласование фаз при генерации второй гармоники. Длина когерентного взаимодействия. Квазисинхронное взаимодействие. Условие фазового согласования в кристаллах с двулучепреломлением. Виды фазового синхронизма в одноосных положительных и отрицательных кристаллах. Определение эффективной нелинейной восприимчивости для кристаллов различных симметрий. Апертурные эффекты при генерации второй гармоники. Угловые, температурные и спектральные дисперсионные коэффициенты. 90-градусный синхронизм. Условия оптимальной фокусировки.

2.4. Параметрические процессы

Укороченные волновые уравнения при трехчастотном параметрическом взаимодействии. Параметрическое преобразование частоты вверх (up-conversion). Эффективность преобразования частоты из инфракрасного диапазона в видимый. Параметрическое усиление и генерация света. Коэффициент усиления. Условия возбуждения параметрической генерации. Типы фазового согласования. Перестройка частоты параметрического генератора. Типы параметрических генераторов света (ПГС).

2.5. Нелинейное рассеяние света

Вынужденное комбинационное рассеяние -ВКР. Вынужденное рассеяние Мандельштама-Бриллюэна -ВРМБ.

Литература

  1. Дж. Най, Физические свойства кристаллов. М. Мир, 1967
  2. У. Вустер, Применение тензоров и теории групп для описания физических свойств кристаллов. М. Мир, 1977.
  3. А. Ярив, П. Юх, Оптические волны в кристаллах, М. Мир, 1987.
  4. И.Р. Шен, Принципы нелинейной оптики, М. Наука, 1989.
  5. Д.Н. Клышко, Физические основы квантовой электроники, М. Наука, 1986.
  6. В.Г. Дмитриев, М.В.Тарасов, Прикладная нелинейная оптика, М. Сов. Радио, 1982.
  7. С. Келих, Молекулярная нелинейная оптика, М. Наука, 1981.