We use cookies in order to improve the quality and usability of the HSE website. More information about the use of cookies is available here, and the regulations on processing personal data can be found here. By continuing to use the site, you hereby confirm that you have been informed of the use of cookies by the HSE website and agree with our rules for processing personal data. You may disable cookies in your browser settings.

  • A
  • A
  • A
  • ABC
  • ABC
  • ABC
  • А
  • А
  • А
  • А
  • А
Regular version of the site

Laser Spectroscopy

2024/2025
Academic Year
RUS
Instruction in Russian
6
ECTS credits
Delivered at:
Joint Department of Quantum Optics and Nanophotonics with the Institute for Spectroscopy (RAS)
Course type:
Compulsory course
When:
1 year, 3, 4 module

Instructor


Melnikov, Alexey

Программа дисциплины

Аннотация

Спектроскопия — это наука об исследовании квантовых объектов с помощью света. «Долазерные» методы ограничивались эмиссионной спектроскопией, абсорбционной спектроскопией и спектроскопией комбинационного рассеяния. Предмет данного курса — повышение эффективности классических подходов с помощью лазеров, а также наука о новых методах, которые стали возможны только в результате появления лазеров. Курс даёт знания об основных фундаментальных процессах в спектроскопии и о методах, позволяющих решать задачи, требующие высокой чувствительности и селективности, высокого спектрального и временного разрешения.
Цель освоения дисциплины

Цель освоения дисциплины

  • Целями освоения дисциплины «Лазерная спектроскопия» являются:  формирование у студентов базовых знаний о современных методах спектроскопии с использованием лазеров, - с акцентом на те методы, которые до появления лазеров были невозможны;  формирование у студентов знаний по теоретическим основам взаимодействия лазерного излучения с веществом и понимания места многочисленных современных экспериментальных методов спектроскопии;  получение студентами навыков и умений самостоятельно ставить и решать конкретные исследовательские задачи в области спектроскопии.  знакомство студентов с многочисленными достижениями лазерной спектроскопии в исследованиях свойств атомов и молекул, а также в практических задачах анализа вещества.
Планируемые результаты обучения

Планируемые результаты обучения

  • Знать: основные концепции, лежащие в основе применения лазерного излучения в спектроскопии различных объектов; теорию фундаментальных процессов в спектроскопии; основные методы, демонстрирующие такие качества, как (1) сверхвысокая чувствительность, (2) сверхвысокая селективность, (3) сверхвысокое спектральное разрешение, (4) сверхвысокое временное разрешение.
  • Уметь: выбирать адекватный метод для решения конкретной физической задачи; пользоваться математическим аппаратом в той мере, которая позволяет получать решение конкретной практической задачи исходя из первых принципов и основных уравнений фундаментальных дисциплин, - в основном, квантовой механики и электродинамики. Иметь навыки (приобрести опыт): работы с современной научной литературой по актуальным разделам атомной и молекулярной спектроскопии.
  • Знать способы практического применения абсорбционной и внутрирезонаторной спектроскопии.
  • Знать способы практического применения флуоресцентной спектроскопии. Знать задачи и методы вычисления чувствительности при циклическом взаимодействии и детектирования одиночных атомов.
  • Знать способы практического применения основных схем фотоионизационной спектроскопии. Знать примеры использования автоионизационных и ридберговских состояний.
  • Знать способы практического применения оптоакустической и оптогальванической спектроскопии. Владеть навыками применения оптотермического метода.
  • Знать области практического применения субдоплеровской спектроскопии и спектроскопии насыщения.
  • Знать области применения охлаждения атомных пучков давлением резонансного света, ловушек для атомов и ионов. Владеть навыками вычисления времяпролетного уширения. Знать область использования метода разнесенных полей.
  • Знать принципы работы фемтосекундных лазеров. Знать методы достижения пикосекундного и фемтосекундного временного разрешения.
Содержание учебной дисциплины

Содержание учебной дисциплины

  • Фундаментальные процессы в спектроскопии
  • Основные методы лазерной спектроскопии. Абсорбционная спектроскопия. Поглощение в стационарном случае. Измерение пропускания. Многопроходные кюветы. Внутрирезонаторная спектроскопия. Квантовый шум и предельная чувствительность.
  • Флуоресцентная спектроскопия. Квантовый выход. Чувствительность при циклическом взаимодействии. Детектирование одиночных атомов. Наблюдение одиночных молекул в твердой фазе.
  • Фотоионизационная спектроскопия. Основные схемы. Эффективные методы фотоионизации атомов из вобужденных состояний. Использование автоионизационных и ридберговских состояний.
  • Оптотермический метод. Тепловая линза. Оптоакустическая спектроскопия. Оптогальваническая спектроскопия.
  • Субдоплеровская спектроскопия. Спектроскопия насыщения. Лэмбовский провал.
  • Атомные и молекулярные пучки. Сужение скоростного распределения. Охлаждение атомных пучков давлением резонансного света. Ловушки для атомов и ионов. Времяпролетное уширение. Метод разнесенных полей.
  • Наблюдение динамики в реальном времени. Методы достижения пикосекундного и фемтосекундного временного разрешения. Принципы работы фемтосекундных лазеров. Примеры ультрабыстрых процессов в конденсированных средах.
Элементы контроля

Элементы контроля

  • неблокирующий Коллоквиум
    Устный коллоквиум в форме представления вопроса по выбору.
  • неблокирующий Работа на семинарах
  • неблокирующий Экзамен
    Устный экзамен в формате ответа по билетам.
Промежуточная аттестация

Промежуточная аттестация

  • 2024/2025 4th module
    0.15 * Коллоквиум + 0.15 * Работа на семинарах + 0.7 * Экзамен
Список литературы

Список литературы

Рекомендуемая основная литература

  • Лазерная спектроскопия : основные принципы и техника эксперимента, Демтрёдер, В., 1985
  • Маругин, А. В. Лазерная спектроскопия : учебное пособие / А. В. Маругин, А. П. Савикин, В. В. Шарков. — Нижний Новгород : ННГУ им. Н. И. Лобачевского, 2019. — 85 с. — Текст : электронный // Лань : электронно-библиотечная система. — URL: https://e.lanbook.com/book/144896 (дата обращения: 00.00.0000). — Режим доступа: для авториз. пользователей.

Рекомендуемая дополнительная литература

  • Gupta, V. P. (2018). Molecular and Laser Spectroscopy : Advances and Applications. Amsterdam, Netherlands: Elsevier. Retrieved from http://search.ebscohost.com/login.aspx?direct=true&site=eds-live&db=edsebk&AN=1497629
  • Лазерная спектроскопия атомов и молекул, Вальтер, Г., 1979
  • Принципы нелинейной оптики, Шен, И. Р., 1989

Авторы

  • Летохова Анастасия Владиленовна
  • Мельников Алексей Алексеевич