Основы современной оптики

Бакалавриат 2020/2021

Статус: Курс по выбору (Физика)

Направление: 03.03.02. Физика

Кто читает: Базовая кафедра квантовой оптики и нанофотоники Института спектроскопии РАН

Где читается: Факультет физики

Когда читается: 4-й курс, 1, 2 модуль

Формат изучения: без онлайн-курса

Преподаватели: Масалов Анатолий Викторович

Язык: русский

Кредиты: 4

Контактные часы: 48

Полная версия программы учебной дисциплины

Аннотация

Курс основ современной оптики представляет собой описание оптических явлений линейной и нелинейной оптики с участием лазерного излучения. В связи с использованием лазерного излучения пересмотрен ряд базовых понятий традиционной оптики: когерентность света и интерференция, нелинейные явления и др. Оптика значительно обогатилась за счет квантовых явлений и эффектов. Этим новым вопросам современной оптики посвящен курс. Курс ориентирован в основном на подготовку физиков-экспериментаторов, которые могут использовать лазерное излучение для проведения исследований.

Цель освоения дисциплины

Знать основные явления оптики – оптические характеристики сред, интерференцию, дифракцию – в приложении к лазерным исследованиям.
Знать основные явления квантовой оптики и их связь с современной квантовой теорией.
Знать основные приемы изучения оптических характеристик сред с помощью спектральных приборов, интерферометров, а также с использованием современной фотоприемной техники.

Планируемые результаты обучения

Уметь оценивать вклад дифракционных и интерференционных явлений в различных схемах оптических исследований.
Уметь оценивать квантовые средние и шумы в схемах оптической регистрации тех или иных характеристик сред.
Уметь формулировать основные требования к оптическим приборам для изучения эффектов воздействия света на среды.

Содержание учебной дисциплины

Формирование показателя преломления сред.
Показатель преломления как результат испускания вторичных волн, когерентных с падающим излучением.
Строгая теория дифракции.
Сведение строгой теории дифракции Кирхгофа к принципу Гюйгенса-Френеля.
Дифракция в оптических приборах.
Обоснование разрешающей способности спектральных приборов дифракционными законами.
Интерференция света.
Универсальность явления интерференции. Проявления в нелинейной оптике.
Когерентность лазерного излучения
Отличие лазерного излучения от традиционных источников. Число объемов когерентности источника.
Дифракционные решетки.
Количественные соотношения для пучков дифракции. Решетки в спектральных приборах.
Модуляторы и дефлекторы света.
Принцип модуляции света в акусто-оптике и в электро-оптике.
Принцип голографии.
Голография как метод тестирования вибраций и деформаций.
Интерференция света в нелинейной оптике.
Демонстрация универсальности интерференции в безынерционных средах.
Рассеяние света.
Рассеяние света как результат неоднородности сред. Рассеяние Рэлея, Мандельштама-Бриллюэна, комбинационное и др.
Параметрическое излучение.
Параметрическое излучение как результат двухфотонного распада при рассеянии света на атомах среды.
Методы фотоприема.
Прямой фотоприем. Когерентный фотоприем: гомо- и гетеродинирование света.
Оптические световоды.
Моды световодов и основные параметры распространения.
Оптические усилители.
Усиление света за счет инверсии населенностей уровней активной среды. Усилители на процессах вынужденного рассеяния. Параметрический усилитель.
Основания квантовой оптики.
Понятие состояния объекта, операторы наблюдаемых величин, эволюция системы частиц и объектов.

Элементы контроля

Реферат 1
Реферат по одной из тем курса. Тема устанавливается (согласуется) преподавателем.
Реферат 2
Реферат по одной из тем курса. Тема устанавливается (согласуется) преподавателем
Домашние задания
Экзамен
устный экзамен в формате беседы по программе курса.

Промежуточная аттестация

Промежуточная аттестация (2 модуль)
0.2 * Домашние задания + 0.2 * Реферат 1 + 0.2 * Реферат 2 + 0.4 * Экзамен

Программа дисциплины