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

• 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

• 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

• 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

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

Промежуточная аттестация

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

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