Федеральное государственное бюджетное учреждение науки

Тихоокеанский океанологический институт им. В.И. Ильичева

Дальневосточного отделения Российской академии наук

СОГЛАСОВАНО УТВЕРЖДАЮ

Ученым советом ТОИ ДВО РАН Директор ТОИ ДВО РАН

протокол № 6 от 19 июня 2014 г. академик РАН

В.А. Акуличев

«» 2014 г.

ПРОГРАММА

Форма подготовки очная / заочная Владивосток Настоящая программа разработана на основе программы кандидатского минимума, разработанной экспертным советом ВАК МО РФ Введение Программа основана на следующих дисциплинах: электродинамика, теория поля, квантовая электроника, оптика и спектроскопия.

I. Понятие об электромагнитном поле.

Электромагнитные волны и их элементарные свойства. Четыре уравнения Максвелла. Их смысл. Электромагнитное поле. Уравнение плоской волны, представление уравнения волны в комплексной форме.

Смысл этого уравнения. Волновое число и волновой вектор, скорость электромагнитных волн в вакууме и в среде, коэффициент преломления, волновой фронт, лучи. Сферические волны и уравнение сферической волны.

Смысл уравнения сферической волны. Вектор Умова-Пойнтинга.

Интенсивность волны. Преломление электромагнитных волн на границе раздела сред. Закон преломления. Полное внутреннее отражение. Стоячие электромагнитные волны.

II. Поляризация волн и ее преобразование.

Линейная, эллиптическая и круговая, неполяризованный свет.

Оптическая анизотропия и двулучепреломление. Анизотропные кристаллы с собственной анизотропией. Оптическая ось. Поляроид. Преобразование состояния поляризации волн. Четвертьволновые пластинки. Индуцированная анизотропия. Электрооптический эффект. Оптические модуляторы света.

III. Немонохроматические волны.

Волновые пакеты. Групповая и фазовая скорости. Явление дисперсии.

Представление волнового пакета через интеграл Фурье. Связь между шириной частотного спектра пакета и его протяженностью во времени.

Нормальная и аномальная дисперсии. Распространение излучения в веществе и элементарная теория дисперсии.

IV. Интерференция электромагнитных волн.

Двухлучевая интерференция в квазимонохроматическом свете. Видность интерференционной картины и ее связь со степенью когерентности. Связь степени когерентности и спектра мощности источника света. Двухлучевая интерференция в случае протяженного источника. Пространственная когерентность и ее связь с угловой шириной источника. Видность интерференционной картины, степень когерентности волн и их связь.

V. Интерферометры.

Двухлучевые интерферометры Майкельсона и Маха-Цендера Многолучевой интерферометр Фабри-Перо.

VI. Элементарная теория дифракции света.

Принцип Гюйгенса-Френеля. Метод расчета дифракционной картины для протяженного источника с помощью зон Френеля. Метод расчета дифракционной картины методом Френеля-Кирхгофа. Дифракция Фраунгофера и Френеля. Дифракционные картины Фраунгофера для щелевой диафрагмы, синусоидальной и несинусоидальной амплитудных дифракционных решеток.

VII. Основные понятия квантовой электроники.

Двухуровневая среда. Спонтанное и вынужденное излучение.

Коэффициент поглощения (усиления) среды. Условие усиления. Инверсная населенность. Методы получения инверсной населенности. 3-х и 4-х уровневые среды. Накачка и методы накачки. Безизлучательная рекомбинация. Резонатор. Порог генерации. Оптический генератор света (лазер).

VIII. Физических процессы в лазерах.

Механизмы безизлучательной рекомбинации. Естественная ширина линии излучения. Однородное и неоднородное уширение линии. Явление насыщения усиления интенсивной монохроматической волной в случае однородного и неоднородного уширения. Резонаторы устойчивые и неустойчивые. Модовый состав прямоугольного резонатора. Модовый состав плоско-параллельного резонатора Фабри-Перо. Моды продольные и поперечные и их частоты. Понятие о сферическом резонаторе. Гауссов пучок и его свойства. Моды лазера. Причина многомодового режима генерации лазера. Понятие о явлении затягивания частоты. Провал Лемба в линии усиления лазера. Одномодовый и одночастотный режим генерации. Методы получения одномодового и одночастотного режимов.

IX. Свойства лазерного излучения.

Пространственная и временная когеренность лазерного пучка в многомодовом, одномодовом и одночастотном режимах. Предел монохроматичности лазера в одночастотном режиме. Методы стабилизации резонатора. Направленность лазерного излучения. Дифракционный предел для угла расходимости. Расходимость лазерного пучка в одно- и многомодовом режимах. Спекловая структура когерентного излучения при освещении диффузных объектов. Средний размер спеклов. Спекл-картина как шумовой и как полезный эффект.

Твердотельные лазеры. Особенности генерации излучения в кристаллах.

Методы накачки. Пичковый режим генерации. Модуляция добротности в твердотельных лазерах. Методы модуляции добротности. Синхронизация мод в твердотельных лазерах. Активная и пассивная синхронизация мод.

Газовые лазеры. He-Ne лазер. Особенности накачки и генерации. Линии генерации и перестройка He-Ne лазера. Полупроводниковые лазеры.

Структура энергетических зон в области p-n перехода. Особенности накачки и генерации. Полупроводниковые лазеры на гомопереходах и их недостатки.

Полупроводниковые лазеры на гетеропереходах. Особенности структуры энергетических зон в области гетероперехода. Особенности накачки и генерации.

Распространение электромагнитной волны в нелинейной среде.

Генерация второй гармоники. Условие фазового синхронизма. Фазовый синхронизм в анизотропных кристаллах. Параметрическая генерация. Схема параметрического генератора света.

Рекомендуемая основная литература 1. М. Борн, Э. Вольф. Основы оптики. М.: Наука, 1970.

2. С.А. Ахманов, С.Ю. Никитин. Физическая оптика. М.: МГУ, 1998.

3. Л.Д. Ландау, Е.М. Лифшиц, Квантовая механика. М.: Наука, 1974.

4. Л.Д. Ландау, Е.М. Лифшиц. Теория поля. М.: Наука, 1973.

5. Л.Д. Ландау, Е.М. Лифшиц. Электродинамика сплошных сред. М.: Наука, 1982.

6. В.Б. Берестецкий, Е.М. Лифшиц, Л.П. Питаевский. Квантовая электродинамика. М.: Наука, 1980.

7. В. Гайтлер. Квантовая теория излучения. М.: Иностранная литература, 1956.

8. Р. Лоудон. Квантовая теория света. М.: Мир, 1976.

9. В.П. Крайнов, Б.М. Смирнов. Излучательные процессы в атомной физике.

М.: Высшая школа, 1983.

10. И.И. Собельман. Введение в теорию атомных спектров. М.: Наука, 1977.

11. С.А. Ахманов, Р.В. Хохлов. Проблемы нелинейной оптики. М., 1964.

12. В.П. Быков, О.О. Силичев. Лазерные резонаторы. Физматлит, М., 2003.

13. Д.Н. Клышко. Фотоны и нелинейная оптика. М.: Наука, 1980.

14. И.Р. Шен. Принципы нелинейной оптики. М.: Наука, 1989.

15. Л. Аллен, Дж. Эберли. Оптический резонанс и двухуровневые атомы. М.:

Мир, 1978.

16. Д. Маркузе. Оптические волноводы. М.: Мир, 1974.

17. О. Звелто. Принципы лазеров. М., 1989.

18. Д.Н. Клышко. Физические основы квантовой электроники. М., 1986.

19. В.С. Летохов, В.П. Чеботаев. Принципы нелинейной лазерной спектроскопии. М., 1990.

Дополнительная литература 1. Л. Мандель, Э. Вольф. Оптическая когерентность и квантовая оптика.

Физматлит, М., 2000.

2. У. Люисел. Излучение и шумы в квантовой электронике. М.: Наука, 1972.

3. Я. Перина. Квантовая статистика линейных и нелинейных оптических явлений. М.: Мир, 1987.

4. М.М. Сущинский. Вынужденное рассеяние света. М.: Наука, 1985.

5. Р. Ньютон. Теория рассеяния волн и частиц. М.: Мир, 1969.

6. В.Л. Гинзбург. Теоретическая физика и астрофизика. М.: Наука, 1987.

7. М.А. Ельяшевич. Атомная и молекулярная спектроскопия. 2-е изд. М.:

Эдиториал УРСС, 2001.

8. Л.А. Вайнштейн. Электромагнитные волны. М.: Советское радио, 1957.

9. Н.Б. Брандт, В.А. Кульбачинский. Квазичастицы в физике конденсированного состояния. Физматлит, М., 2007.

10. А. Ярив, П. Юх. Оптические волны в кристаллах. М.: Мир, 1987.

11. Н.Б. Делоне. Взаимодействие лазерного излучения с веществом М.:

Наука, 1989.

Программа рассмотрена на семинаре Отдела физики океана и атмосферы ТОИ ДВО РАН.

«17» июня 2014 г.

Зав. отделом