Аннотации к лекциям, читаемым на 4 курсе кафедры квантовой оптики и нанофотоники

Атомная спектроскопия

Лектор, к.ф.-м.н., доцент Анциферов Павел Станиславович

Основная цель курса “Атомная спектроскопия” заключается в ознакомлении студентов с теоретическим описанием структуры энергетических уровней атомов и ионов и процессов их взаимодействия с внешними полями. Теоретическое описание атома базируется на принципах квантовой механики, без знания которых невозможно достичь определённого уровня понимания основ любой науки, имеющей дело с физикой атомов и ионов. Знание систематики атомных уровней необходимо для работы в области лазерной спектроскопии, спектроскопии твёрдого тела, диагностики астрофизической и лабораторной горячей плазмы и во многих других областях исследований.

Теоретическая часть курса основывается на рассмотрении ставшей уже классической задачи о движении электрона в поле центральных сил. Многоэлектронные атомные системы требуют хорошего понимания техники сложения угловых моментов и основных понятий теории возмущений. Рассматриваются необходимые математические понятия (сферические функции, коэффициенты Клебша – Гордана).

Экспериментальная часть курса посвящена знакомству с экспериментальными методиками получения и изучения спектров электромагнитного излучения атомов и ионов. Материал включает как классические результаты (например, первое измерение Лэмбовского сдвига), так и современные методики изучения спектров атомных систем (электронно-лучевые ловушки,  beam–foil эксперименты). Освоение курса даёт базу для более глубокого изучения специальных вопросов атомной спектроскопии, которые могут встретиться в дальнейшей исследовательской работе.

Введение в нелинейную физику

Лектор, д.ф.-м.н., профессор Камчатнов Анатолий Михайлович

В курсе будет дано введение в основные понятия и эффекты современной нелинейной волновой физики. Хотя некоторые наблюдения, относящиеся к нелинейным волнам, были сделаны ещё в классический период, только современное развитие, связанное с созданием лазеров и с физикой плазмы, позволило дать полную теорию наблюдаемых эффектов. Например, образование так называемой «ундулярной боры», возникающей при приливе воды в русло реки, было описано достаточно давно. Но строгая теория таких волновых структур, получивших современное общее название «дисперсионных ударных волн», была развита лишь в современную эпоху. На рисунке 1 показано сравнение результатов экспериментальной генерации таких волн в световодах (слева) с теорией (справа).

Другим примером могут служить всем известные корабельные волны, образующиеся при движении судна на поверхности воды. Аналогичные волны возбуждаются и при сверхзвуковом течении бозе-эйнштейновского конденсата мимо препятствия. Однако физиками Института спектроскопии РАН было предсказано, что, помимо корабельных волн снаружи возникающего конуса, называемого конусом Маха, и внутри него образуются также так называемые «косые солитоны», как это показано на рисунке 2 в виде вытягивающихся из препятствия тёмных полос с вихрями на концах.

Наши коллеги во Франции и Швейцарии подтвердили это предсказание экспериментально для течения мимо препятствия поляритонного конденсата (здесь течение конденсата происходит сверху вниз (рисунок 3). 

Рисунок 1.

Рисунок 2.

Рисунок 3.

В курсе даются важнейшие теоретические понятия и математический аппарат, необходимые для корректного описания как такого рода нелинейных волновых явлений, так и многих других, как, например, солитоны, генерация второй гармоники, самоиндуцированная прозрачность, самофокусировка и т.п.

Введение в квантовую оптику

Лектор, д.ф.-м.н., профессор Масалов Анатолий Викторович

В курсе представлены сведения об особенностях современной квантовой оптики, опирающейся на аппарат вторичного квантования. Рассмотрены свойства света в различных квантовых состояниях. Представлены сведения о преобразовании квантовых состояний излучения в узлах линейной и нелинейной оптики. Несколько лекций посвящены сжатым состояниям света и их применению в квантовых приборах.

Квантовый портрет света в состоянии Шредингеровского кота (иллюстрация  к лекции «Суперпозиции макроскопически-различимых состояний света»).

Физика лазеров

Лектор, к.ф.-м.н., доцент Гладуш Максим Геннадьевич

Лазеры стали одним из основных инструментов современной экспериментальной физики и проникли практически во все её разделы. Понимание принципа работы лазера и основных физических процессов, сопровождающих генерацию лазерного излучения, стало неотъемлемой частью образования физика. Курс лекции "Физика лазеров" охватывает основные теоретические основы наиболее важных процессов, связанных с генерацией лазерного излучения. Он сфокусирован на формализмах и подходах к описанию взаимодействия света с материальными средами, включая полупроводниковые системы, оптику резонаторов, квазиклассические и квантовые лазерные уравнения, свойства квантованных полей и статистику света. Также раскрывается связь этих областей с практическими аспектами методов создания инверсии населенностей, оптических схем и решений и методов генерации ультракоротких импульсов.