НОВОСИБИРСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ
ФИЗИКО-ТЕХНИЧЕСКИЙ ФАКУЛЬТЕТ
КАФЕДРА ЛАЗЕРНЫЕ СИСТЕМЫ
“УТВЕРЖДАЮ”
Декан ФТФ
д. ф.-м. н. проф.
“___ ”______________2006г.
РАБОЧАЯ ПРОГРАММА учебной дисциплины
Введение в нелинейную оптику
для студентов, обучающихся по направлению подготовки бакалавров:
140400 " ТЕХНИЧЕСКАЯ ФИЗИКА"
Факультет физико-технический
Курс 4, семестр 7,8
Лекции 34 часа.
Всего аудиторных занятий 34 час.
Расчетно-графические работы 7 семестр
Контрольная работа 7 семестр
Самостоятельная работа 40 часов.
Зачет 7 семестр
Всего часов работы студента 74 часов
Новосибирск
2006
Рабочая программа составлена на основании Государственного образовательного стандарта высшего профессионального образования по направлению 553100 - Техническая физика.
Дата утверждения ГОС «14» апреля 2000 г. Регистрационный № 000 тех/бак
ОПД. В.00 - Общепрофессиональные дисциплины, дисциплины по выбору студента, устанавливаемые вузом
Рабочая программа обсуждена на заседании кафедры Лазерных систем, протокола № 2 от 17 октября 2006 г.
Программу разработал
Доцент, к. ф.-м. н. _____________
Заведующий кафедрой
д. ф.-м. н., профессор ____________
Ответственный за основную
д. ф.-м. н., профессор ____________
1. Внешние требования
Общие требования к образованности:
Из требований Государственного образовательного стандарта высшего профессионального образования по направлению подготовки бакалавров направления 553100- "Техническая физика":
Требования к обязательному минимуму содержания рабочей программы по дисциплине "Введение в нелинейную оптику"
Индекс | Наименование дисциплины и её основные разделы | Всего часов |
ОПД. В.00 | Оптика анизотропных сред. Генерация гармоник и параметрические процессы. Молекулярная нелинейная оптика. Нелинейная оптика фемтосекундных импульсов. | 74 |
В соответствии с общими требованиями к профессиональной подготовленности бакалавра по направлению "Техническая физика" и его квалификационной характеристикой бакалавр должен
знать:
основные закономерности процессов и явлений, происходящих в неживой и живой природе, необходимые для решения задач, возникающих при выполнении профес сиональных функций; элементную базу и принципы работы современных приборов, устройств и систем, используемых в практической деятельности; методы решения задач на определение оптимальных соотношений параметров различных систем; базовые языки и основы программирования, типовые программные продукты, ориентированные на решение научных задач технической физики;
владеть:
методами проведения измерений и исследований, обработки полученных результатов; способами создания моделей для описания и прогнозирования различных явлений, осуществления их качественного и количественного анализа; компьютерными методами сбора, обработки и хранения информации; культурой мышления, умением в письменной и устной форме правильно (логично) оформить его результаты; общими правилами и методами наладки, настройки и эксплуатации приборов и устройств по профилю специальной подготовки.
Приведённые требования ГОС к профессиональной подготовленности бакалавра, а также требования ГОС к обязательному минимуму содержания основной образовательной программы бакалавра по направлению 553100 - "Техническая физика" - определяют содержание следующих разделов:
· Принципы построения дисциплины "Введение в нелинейную оптику"
· Цели учебной дисциплины.
· Содержание и структура курса.
· Учебная деятельность.
2. Особенности (принципы) построения дисциплины
Таблица 2
Особенность (принцип) | Содержание |
Основание для введения курса | ГОС ВПО подготовки бакалавра по направлению 553100 «Техническая физика» (курс входит в число общепрофессиональных дисциплин по выбору студента, устанавливаемые вузом - ОПД. В.00 "Основы физической оптики") |
Адресат курса | Студенты физико-технического факультета: направление 140400 -"техническая физика" |
Главная цель | Дать студентам базовые знания о нелинейно-оптических явлениях, наблюдаемых в изотропных и анизотропных средах при распространении в них высокоинтенсивного оптического излучения. Обучить студентов методам решения волнового уравнения с нелинейной поляризацией второго и третьего порядков в приближении медленно меняющихся амплитуд. |
Ядро курса | Ядро курса составляет рассмотрение методов описания распространения оптического излучения в анизотропных, диспергирующих и нелинейно-оптических средах с квадратичной и кубической нелинейными восприимчивостями. Анализ основных факторов, определяющих эффективность нелинейно-оптических процессов преобразования частоты излучения лазерных систем, работающих в непрерывном, импульсном (вплоть до фемтосекундного) режимах. |
Требования к начальной подготовке, необходимые для успешного усвоения дисциплины | Для успешного изучения курса студенту необходимо знать основы классической электродинамики, начала векторного анализа основы теории дифференциальных уравнений, как обыкновенных, так и в частных производных, основы линейной алгебры и теории матриц |
Объём курса в часах | Лекции 34 часа. Самостоятельная работа 40 часов.. Общий объем часов на дисциплину 74 часов. |
Описание основных "точек" | Промежуточный контроль уровня знаний: контрольная и расчетно-графическая работы, итоговый контроль - зачет. |
3. Цели учебной дисциплины
Главная цель преподавания курса - ввести студентов в сферу основных теоретических понятий, терминов и расчетных методов теории нелинейно-оптических явлений, общим подходам к их анализу.
Общеинтеллектуальные цели
Изучение курса должно обеспечивать формирование у студентов следующих общеинтеллектуальных умений:
· распознавание ситуации, формулирование целей исследования;
· разработка методики решения задачи;
· выбор из множества методов решения задачи оптимального ( по заданному или принятому самостоятельно критерию);
· представление результатов решения в удобной для восприятия форме;
· анализ полученных результатов и прогнозирование их изменения при изменена начальных условий задачи или некоторых ее параметров;
· интерпретация полученных результатов в терминах решаемой прикладной зад; чи;
· формирование гипотез о возможных причинах расхождения гипотетического и полученного результатов;
· осуществление самоконтроля в процессе решения задачи;
· планирование и организация собственной деятельности.
Цели учебной дисциплины описываются в табл. 3.
Таблица 3
После изучения дисциплины студент будет
Номер цели | Содержание цели |
иметь представление | |
1 | Об основных элементах симметрии, точечных группах симметрии кристаллов и их влиянии на физические свойства кристаллов. Об особенностях распространения оптического излучения в анизотропных средах. |
2 | О многообразии нелинейно-оптических явлений, возникающих в средах с нелинейной восприимчивостью второго и третьего порядков, их тензорном представлении и основных физических механизмах, их определяющих. |
3 | О методах описания процессов нелинейно-оптического преобразования излучения лазерных систем, работающих в различных режимах (непрерывном импульсном, фемтосекундном). |
4 | . Об особенностях распространения и нелинейного преобразования короткоимпульсного оптического излучения в диспергирующих и нелинейно-оптических средах. |
5 | О требованиях на параметры нелинейно-оптических устройств, обеспечивающих их максимальную эффективность и о параметрах реальных нелинейно-оптических устройств, доступных для практического использования. |
6 | О новых направлениях развития нелинейной оптики - оптике предельно-коротких оптических импульсов. |
знать | |
7 | Основные характеристики нелинейно-оптических сред. Нелинейно-оптические явления, включающие в себя генерацию суммарных и разностных частот, генерацию гармоник, параметрические процессы и процессы вынужденного рассеяния, которые используются в современных лазерных системах для расширения диапазона генерации лазерного излучения. Методы выбора оптимальных схем и нелинейно-оптических сред для нелинейного преобразования лазерных систем, работающих в непрерывном, импульсном и фемтосекундном режимах. Основные направления современного развития нелинейно-оптических устройств - новые нелинейные кристаллы, кристаллы с доменной структурой, преобразователи на основе уширения спектра фемтосекундных и пикосекундных импульсов в объемных и волоконных системах |
8 | Классификацию и основные свойства нелинейно-оптических явлений второго и третьего порядков, механизмы, определяющие основные эффекты молекулярной нелинейной оптики – различные виды вынужденных рассеяний. |
9 | Основные законы распространения и преобразования лазерного излучения (в том числе - короткоимпульсного) в анизотропных, диспергирующих и нелинейно-оптических средах. |
10 | Методы расчета (метод укороченных уравнений, метод медленно меняющихся амплитуд в различных приближениях теории дисперсии) параметров нелинейно-оптических преобразователей и основные факторы, влияющие на их эффективность |
11 | Методы повышения эффективности нелинейно-оптических процессов (внутрирезонаторная генерация, использование кристаллов с доменной структурой и др.). |
уметь | |
12 | Использовать различные методы решения нелинейных уравнений Максвелла для расчета основных параметров нелинейно-оптических преобразователей. |
13 | Проводить сравнительный анализ основных характеристик нелинейно-оптических сред. |
14 | Оценивать и анализировать основные факторы, определяющие предельную эффективность нелинейно-оптических устройств (элементов) и ограничивающих их реальную эффективность, (в том числе - оптические потери, точность изготовления, точность ориентировки кристаллов). |
15 | Определять требования на параметры лазерного излучения, необходимые для оптимального режима работы нелинейно-оптических преобразователей. Выбирать оптимальные нелинейно-оптические элементы для преобразования излучения конкретных лазерных систем на основе данных из научной литературы и проспектов фирм, производящих нелинейно-оптические материалы. |
4. Содержание и структура учебной дисциплины
Весь курс разделен на четыре основных блока (модуля):
I. Оптика анизотропных сред
II. Генерация гармоник и параметрические процессы
III. Молекулярная нелинейная оптика
IV. Нелинейная оптика фемтосекундных импульсов
Модуль I. ОПТИКА АНИЗОТРОПНЫХ СРЕД
Тензор диэлектрической проницаемости анизотропных сред (2 часа)
Кристаллы. Простейшие элементы симметрии кристаллов. 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.
Распространение плоских электромагнитных волн в анизотропных средах. (2 часов)
Электромагнитные волны в прозрачных кристаллах. Уравнение Френеля. Отрицательные одноосные и положительные кристаллы. Двулучепреломление: обыкновенная и необыкновенная волна. Двуосные и одноосные отрицательные и положительные кристаллы. Коническая рефракция. Эллипсоид показателя преломления - оптическая индикатриса. Преломление на границе раздела анизотропных сред. Интерференция поляризованных лучей.
Электрооптические эффекты (3 часов)
Электрооптические коэффициенты кристаллов в тензорном представлении. Линейный электрооптический эффект (эффект Поккельса). Квадратичный электрооптический эффект (эффект Керра). Амплитудная и фазовая электрооптическая модуляция света.
Модуль II. НЕЛИНЕЙНАЯ ОПТИКА
Нелинейная поляризация материальных сред (2 часа)
Принцип суперпозиции и его нарушение. Классификация нелинейных явлений. Нелинейная восприимчивость второго порядка, модель ангармонического осциллятора. Общие свойства тензора квадратичной восприимчивости.
Нелинейное взаимодействие плоских волн при трехчастотном взаимодействии (2 часа)
Волновое уравнение в нелинейной среде. Приближение медленно меняющихся амплитуд. Соотношение Менли-Роу.
Генерация второй гармоники (ГВГ) (3 часов)
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. Некритичный - 90-градусный синхронизм. Генерация второй гармоники гауссовыми пучками. Условия оптимальной фокусировки.
Параметрические процессы (3 часов)
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).
Модуль III. МОЛЕКУЛЯРНАЯ НЕЛИНЕЙНАЯ ОПТИКА
Вынужденное комбинационное рассеяние света (ВКР) (3 часов)
Спонтанное комбинационное рассеяние света (рамановское рассеяние света). Вынужденное комбинационное рассеяние света. Вынужденное антистоксово комбинационное рассеяние. Активная спектроскопия комбинационного рассеяния (АСКР, КАРС).
Вынужденное рассеяние Мандельштама-Бриллюэна (ВРМБ) (3 часов)
Термодинамический подход в теории молекулярного рассеяния. Рассеяние Мандельштама-Бриллюэна. Релеевская компонента молекулярного рассеяния. Вынужденное рассеяние Мандельштама-Бриллюэна.
Другие виды вынужденного рассеяния света
Вынужденное температурное рассеяние света (ВТР). Вынужденное концентрационное рассеяние. Вынужденное рассеяние крыла линии Релея. (2 часов)
Модуль IV. НЕЛИНЕЙНАЯ ОПТИКА ФЕМТОСЕКУНДНЫХ ИМПУЛЬСОВ
Распространение сверхкоротких оптических импульсов в линейной диспергирующей
среде (2 часа)
Дисперсионное расплывание волновых пакетов. Второе приближение теории дисперсии. Третье и высшие приближения теории дисперсии.
Нелинейное преобразование сверхкоротких лазерных импульсов (2 часов)
Удвоение частоты сверхкоротких импульсов. Групповой синхронизм. Параметрическое усиление сверхкоротких импульсов. Формирование и сжатие импульсов при параметрическом преобразовании.
Самовоздействие лазерных импульсов (2часа)
Физические механизмы изменения показателя преломления. Самомодуляция и самофокусировка лазерных импульсов. Волноводный режим распространения.
Генерация суперконтинуума (сверхуширение спектра) (3 часов)
Основные механизмы уширения спектра в объемных средах, волоконных системах и фотонных кристаллах при распространении в них импульсов различной (предельно короткой, фемтосекундной и пикосекундной) длительностей.
Таблица 4
Часы | Ссылки на цели курса | Темы лекционных занятий |
Модуль I. ОПТИКА АНИЗОТРОПНЫХ СРЕД | ||
2 | 1 | Тензор диэлектрической проницаемости анизотропных сред. Кристаллы. Простейшие элементы симметрии кристаллов. 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. |
2 | 2, 12 | Распространение плоских электромагнитных волн в анизотропных средах. Электромагнитные волны в прозрачных кристаллах. Уравнение Френеля. Отрицательные одноосные и положительные кристаллы. Двулучепреломление: обыкновенная и необыкновенная волна. Двуосные отрицательные и положительные кристаллы. Коническая рефракция. Эллипсоид показателя преломления - оптическая индикатриса. Преломление на границе раздела анизотропных сред. Интерференция поляризованных лучей. |
3 | 7, 13 | Электрооптические эффекты. Электрооптические коэффициенты кристаллов в тензорном представлении. Линейный электрооптический эффект (эффект Поккельса). Квадратичный электрооптический эффект (эффект Керра). Амплитудная и фазовая электрооптическая модуляция света. |
Модуль II. НЕЛИНЕЙНАЯ ОПТИКА | ||
2 | 7, 9 | 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 | 3, 12 | Нелинейное взаимодействие плоских волн при трехчастотном взаимодействии. Волновое уравнение в нелинейной среде. Приближение медленно меняющихся амплитуд. Соотношение Менли-Роу. |
3 | 5, 13, 14 | 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. Некритичный - 90-градусный синхронизм. Генерация второй гармоники гауссовыми пучками. Условия оптимальной фокусировки. |
3 | 15, 7 | 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). |
Модуль III. МОЛЕКУЛЯРНАЯ НЕЛИНЕЙНАЯ ОПТИКА | ||
3 | 9, 10 | Вынужденное комбинационное рассеяние света (ВКР) Спонтанное комбинационное рассеяние света (рамановское рассеяние света). Вынужденное комбинационное рассеяние света. Вынужденное антистоксово комбинационное рассеяние. Активная спектроскопия комбинационного рассеяния (АСКР, КАРС). |
3 | 9, 15 | Вынужденное рассеяние Мандельштама-Бриллюэна (ВРМБ) Термодинамический подход в теории молекулярного рассеяния. Рассеяние Мандельштама-Бриллюэна. Релеевская компонента молекулярного рассеяния. Вынужденное рассеяние Мандельштама-Бриллюэна. |
2 | 4, 5 | Другие виды вынужденного рассеяния света Вынужденное температурное рассеяние света (ВТР). Вынужденное концентрационное рассеяние. Вынужденное рассеяние крыла линии Релея. |
Модуль IV. НЕЛИНЕЙНАЯ ОПТИКА ФЕМТОСЕКУНДНЫХ ИМПУЛЬСОВ | ||
2 | 6, 7 | Распространение сверхкоротких оптических импульсов в линейной диспергирующей среде. Дисперсионное расплывание волновых пакетов. Второе приближение теории дисперсии. Третье и высшие приближения теории дисперсии. |
2 | 8, 9 | Нелинейное преобразование сверхкоротких лазерных импульсов Удвоение частоты сверхкоротких импульсов. Групповой синхронизм. Параметрическое усиление сверхкоротких импульсов. Формирование и сжатие импульсов при параметрическом преобразовании. |
2 | 6, 8, 12 | Самовоздействие лазерных импульсов Физические механизмы изменения показателя преломления. Самомодуляция и самофокусировка лазерных импульсов. Волноводный режим распространения. |
3 | 6, 9, 13 | Генерация суперконтинуума (сверхуширение спектра) Основные механизмы уширения спектра в объемных средах, волоконных системах и фотонных кристаллах при распространении в них импульсов различной (предельно короткой, фемтосекундной и пикосекундной) длительностей. |
5. Учебная деятельность
Внеаудиторная работа студентов по дисциплине заключается в:
· самостоятельном изучении материалов теоретических занятий;
· решении индивидуальных домашних заданий;
· подготовке к защитам индивидуальных домашних заданий.
В каждом семестре студентам выдаются индивидуальные задания, которые являются обобщением подразделов курса нелинейной оптики. Для выполнения домашних заданий им требуются знания из нескольких лекций курса.
6. Правила аттестации студентов по учебной дисциплине
Проверка степени усвоения и глубины полученных знаний после прослушивания каждого семестрового курса проводится во время зачета, который проходит в форме ответов на вопросы билетов.
Если студент успешно защитил выполненное им домашнее задание, то окончательная проверка его знаний по курсу исчерпывается ответом на вопросы билета. Полное отсутствие знаний по любому из них влечет за собой незачет с последующей пересдачей зачета.
7. Список литературы
Основной список
, , Прикладная нелинейная оптика, М. Физматлит, 2004. Дж. Най, Физические свойства кристаллов. М. Мир, 1967. Ф. Качмарек, Введение в физику лазеров, М. Мир, 1981. Ф. Цернике, Дж. Мидвинтер, Прикладная нелинейная оптика, М. Мир, 1976. , , Оптика фемтосекундных лазерных импульсов. “Наука”, М., 1988.Дополнительный список
1. У. Вустер, Применение тензоров и теории групп для описания физических свойств кристаллов. М. Мир, 1977.
2. . , Методы модуляции и сканирования света. “Наука”, 1970.
3. А. Ярив, П. Юх, Оптические волны в кристаллах, М. Мир, 1987.
4. А. Ярив, Квантовая электроника и нелинейная оптика. “Сов. радио”, М., 1973.
5. , Физические основы квантовой электроники, М. Наука, 1986.
6. , Принципы нелинейной оптики, М. Наука, 1989.
7. C. Rulliere, Femtosecond Laser Pulses. Springer-Verlag, 1998.
8. Г. Агравал, Нелинейная волоконная оптика. “Мир”, 1996.
9. , , Методы нелинейной оптики в спектроскопии рассеяния света, М. Наука, 1981.
10. , Молекулярное рассеяние света, М. Мир, 1965.
11. Справочник по лазерам, том II, под ред. , М. Сов. Радио, 1978
8. Контролирующие материалы для аттестации студентов по дисциплине
По ходу лекций задаются вопросы, цель которых – выяснить, как студенты усвоили пройденный материал лекций или материал других лекций, если это необходимо для понимания темы предстоящих занятий. Например, что такое двухосный или одноосный кристалл, что такое синхронизм, что такое ранг тензора, в чем разница между спонтанным и вынужденным рассеянием и. т.д.
Типичные примеры домашних заданий.
1. Рассмотреть и представить в матричном виде все элементы точечной симметрии кристаллов группы 32.
2. Рассчитать параметры оптимального среза кристалла КТР для получения максимального коэффициента преобразования во вторую гармонику излучения непрерывного лазера на длине волны 1.064 мкм.
3. Рассчитать параметры среза кристалла ВВО и оптимальные характеристики параметрического усиления сверхкоротких импульсов с максимальной спектральной шириной.
4. Рассчитать длительности сверхкоротких импульсов и размеры элементов из плавленого кварца, при которых будет проявляться влияние на параметры импульсов дисперсии
а) второго порядка
б) третьего порядка.
В конце 7-го семестра студенты сдают зачет.
1. Приложение
Билеты к зачету.
Билет№1
Кристаллы. Простейшие элементы симметрии кристаллов.
Электромагнитные волны в прозрачных кристаллах.
Условия оптимальной фокусировки при генерации второй гармоники.
Билет№2
Матричное представление операций симметрии.
Уравнение Френеля.
Генерация второй гармоники во внешнем резонаторе.
Билет№3
Точечные группы симметрии кристаллов.
Двулучепреломление: обыкновенная и необыкновенная волна. Расчет угла
двулучепреломления в одноосных кристаллах.
Генерация второй гармоники гауссовыми пучками.
Билет№4
Системы кристаллических классов – сингонии.
Внутренняя коническая рефракция.
Укороченные волновые уравнения при трехчастотном параметрическом взаимодействии.
Билет№5
Симметрия и физические свойства кристалла: принцип Неймана.
Отрицательные и положительные одноосные кристаллы. Обыкновенная и необыкновенная волна.
Внутрирезонаторная генерация второй гармоники.
Билет№6
Тензор диэлектрической проницаемости кристаллов различных кристаллических систем.
Двуосные отрицательные и положительные кристаллы. Распространение излучения в плоскости XY.
Волновое уравнение в нелинейной среде. Приближение медленно меняющихся амплитуд.
Билет№7
Эллипсоид показателя преломления - оптическая индикатриса.
Внешняя коническая рефракция.
Типы фазового согласования. Перестройка частоты параметрического генератора:
угловая, температурная, спектральная.
Билет№8
Условие фазового согласования в кристаллах с двулучепреломлением. Виды фазового синхронизма в одноосных положительных и отрицательных кристаллах.
Электрооптические коэффициенты кристаллов в тензорном представлении.
Преломление на границе раздела анизотропных сред.
Билет№9
Квадратичный электрооптический эффект
Интерференция поляризованных лучей.
Параметрическое усиление и генерация света: коэффициент усиления.
Билет№10
Линейный электрооптический эффект.
Амплитудная и фазовая электрооптическая модуляция света.
Угловые, температурные и спектральные ширины синхронизма.
Некритичный - 90-градусный синхронизм.
Билет№11
Классификация излучения по поляризации. Поляризаторы излучения.
( Призма Глана, пластинка Бабине.)
Принцип суперпозиции и его нарушение. Классификация нелинейных явлений.
Генерация второй гармоники в приближении заданного поля основной частоты.
Билет№12
Поперечный линейный электрооптический эффект в кристалле с симметрией 3m (поле Е вдоль Х).
Нелинейная восприимчивость второго порядка, модель ангармонического осциллятора. Общие свойства тензора квадратичной восприимчивости.
Волновое уравнение в нелинейной среде. Приближение медленно меняющихся амплитуд.
Билет№13
Уравнение Френеля. Отрицательные одноосные и положительные кристаллы.
Угловые, температурные и спектральные ширины синхронизма.
Некритичный - 90-градусный синхронизм.
Соотношение Менли-Роу.
Билет№14
Матричное представление операций симметрии. Точечные группы симметрии кристаллов.
Продольный линейный электрооптический эффект в кристалле с симметрией 3m (поле Е вдоль Z).
Согласование фаз при генерации второй гармоники. Длина когерентного взаимодействия. Квазисинхронное взаимодействие.
Билет№15
Основные элементы симметрии. Точечные группы симметрии кристаллов
Поперечный квадратичный электрооптический эффект в кристалле с симметрией m3m
(поле Е вдоль Z).
Условие фазового согласования в кристаллах с двулучепреломлением. Виды фазового синхронизма в одноосных положительных и отрицательных кристаллах.
Билет№16
Системы кристаллических классов – сингонии.
Определение эффективной нелинейной восприимчивости для кристаллов различных симметрий.
Апертурные эффекты при генерации второй гармоники.
Билет№17
Укороченные волновые уравнения при трехчастотном
параметрическом взаимодействии.
Параметрическое преобразование частоты вверх (up-conversion).
Билет№18
Параметрическое усиление и генерация света: коэффициент
усиления. Уловия возбуждения параметрической генерации.
Эффективность преобразования частоты из инфракрасного диапазона
в видимый.
Билет№19
Типы фазового согласования при параметрическом взаимодействии.
Перестройка частоты параметрического генератора: угловая,
температурная, спектральная.
Билет№20
Рассеяние Рэлея (индикатриса рассеяния, спектральная зависимость).
Термодинамический подход в теории молекулярного рассеяния.
Билет№21
Спонтанное комбинационное рассеяние света (рамановское
рассеяние света).
Билет№22
Вынужденное стоксово комбинационное рассеяние света.
Коэффициент усиления, угловая и спектральная зависимости.
Билет№23
Вынужденное антистоксово комбинационное рассеяние. Коэффициент усиления, угловая и спектральная зависимости.
Билет№24
Комбинационное рассеяние как явление нелинейной оптики. ВКР лазеры.
Активная спектроскопия комбинационного рассеяния (АСКР,
КАРС).
Билет№25
Рассеяние Мандельштама-Бриллюэна.
Вынужденное рассеяние Мандельштама-Бриллюэна.
Билет№26
Обращение волнового фронта (ОВФ) при ВРМБ.
Билет№27
Вынужденное температурное рассеяние света (ВТР, основные
механизмы).
Билет№28
Вынужденное рассеяние крыла линии Релея (ориентационное
рассеяние).
Билет№29
Распространение сверхкоротких оптических импульсов в линейной
диспергирующей среде. Первое приближение теории дисперсии.
Групповая скорость.
Билет№30
Распространение сверхкоротких оптических импульсов в
диспергирующей среде. Второе приближение теории дисперсии.
Дисперсионное расплывание волновых пакетов.
Билет№31
Уширение и сжатие оптических импульсов (основы методов).
Третье и высшие приближения теории дисперсии.
Билет№32
Удвоение частоты сверхкоротких импульсов. Групповой
синхронизм.
Билет№33
Параметрическое усиление сверхкоротких импульсов.
Формирование и сжатие импульсов при параметрическом
преобразовании.
Билет№34
Физические механизмы изменения показателя преломления.
Самомодуляция и самофокусировка лазерных импульсов.
Билет№35
Солитонный режим распространения сверхкоротких импульсов.
Билет№36
Генерация суперконтинуума (сверхуширение спектра, основные
механизмы). Коэффициент усиления при четырехфотонном
параметрическом взаимодействии. Условия синхронизма.
Билет№37
Основные механизмы уширения спектра в волоконных системах и
фотонных кристаллах при распространении в них импульсов
наносекундной длительности.
Билет№38
Основные механизмы уширения спектра в волоконных системах и
фотонных кристаллах при распространении в них импульсов
фемтосекундной длительности.
