Головань Л.А.
Описание курса:
В курсе изучаются лазерные методы формирования и исследования наноструктур.
Выпускники физического факультета МГУ, которые будут работать в области формирования и исследования разнообразных наносистем, с большой долей вероятности будут применять лазерные методы, в том числе методы нелинейной оптики. В связи с этим важно, чтобы у них присутствовало понимание основ этих методов и функционирования лазерных.
В рамках курса излагаются основы лазерной генерации и нелинейной оптики. Обсуждаются методы формирования лазерных импульсов нано-, пико-, фемто- и аттосекундной длительности и основные нелинейно-оптических процессов, включая генерацию гармоник, в том числе на поверхности, параметрическое рассеяние света, вынужденное комбинационное рассеяние и когерентное антистокосово рассеяние света, нелинейную рефракцию и двухфотонное поглощение. Особое внимание в спецкурсе будет уделяться темам, связанным с физикой наносистем.
Вместе со специальными курсами «Оптика твердого тела и систем пониженной размерности» и «Оптика наносистем» данный спецкурс образует цикл оптического образования для специалистов в области физики наносистем.
План курса:
1. Кинетические уравнения лазерной генерации. Порог генерации. Продольные и поперечные моды резонатора. Условия устойчивости. Насыщение поглощения. Порог насыщения.
2. Пичковый режим свободной генерации. Условия возникновения пичкового режима.Режим модуляции добротности. Увеличение энергии лазерного импульса в этом режиме. Способы осуществления модуляции добротности.
3. Синхронизация мод. Генерация сверхкоротких импульсов. Пассивная синхронизация мод. Активная синхронизация мод. Частотная модуляция лазерного импульса (чирп). Компрессия частотно-модулированного импульса. Фемтосекундные лазеры. Твердотельные лазеры с керровской линзой. Усиление фемтосекундных лазерных импульсов
4 Аттосекундные лазерные импульсы. Усиление спонтанного излучения. Конкретные реализации лазерных систем. Полупроводниковые лазеры, лазеры на квантовых точках и каскадные лазеры. Лазеры на случайно-неоднородной среде.
5. Временная шкала взаимодействия лазерного излучения с веществом. Двухтемпературная модель. Термализация. Термические и нетермические фазовые переходы. Диагностика фазовых переходов линейными и нелинейными оптическими методами. Лазерная абляция. Порог абляции. Особенности фемтосекундной лазерной абляции. Влияние буферного газа на формирование наночастиц в результате абляции. Лазерная абляция в жидкости. Формирование поверхностных периодических наноструктур при лазерном облучении металлов и полупроводников
6. Волновое уравнение с нелинейным источником. Метод медленно меняющихся амплитуд (укороченные уравнения). Фазовое согласование (фазовый синхронизм). Длина когерентности. Два типа фазового синхронизма при генерации второй гармоники. Генерация оптических гармоник в пористом кремнии. Эффективность генерации второй и третьей гармоник в микро- и мезопористом кремнии. Фазовый синхронизм в мезопористом кремнии и окисленном пористом кремнии. Генерация гармоник в диэлектрических метаматериалах.
7. Фазовый квазисинхронизм в периодически поляризованной среде. Генерация гармоник в фотонных кристаллах. Локализация света в неупорядоченных средах (порошки, макропористые полупроводники). Лазерная генерация в таких средах. Генерация гармоник в неупорядоченных средах. Влияние времени жизни фотонов в неупорядоченной среде на эффективность оптических процессов.
8. Генерация суммарной и разностной частот. Оптическое выпрямление. Укороченные уравнения и их интегралы. Каскадная генерация третьей гармоники. Спектроскопия суммарной частоты. Параметрические усиление и генерация света.
9. Когерентное антистоксово рассеяние света (КАРС). Резонансный и нерезонансный вклады. Спектроскопия КАРС. Вынужденное комбинационное рассеяние (ВКР). Спектроскопия ВКР.
10. Механизмы самовоздействия света. Двухфотонное поглощение. Укороченные уравнения. Двухфотонная фотополимеризация. Вклад неравновесных носителей заряда в нелинейную рефракцию. Самовоздействие света в диэлектрических метаматериалах.
11. Нелинейная микроскопия. Двухфотонная микроскопия, микроскопия третьей гармоники, микроскопия КАРС. Применение структурированного света для нелинейной микроскопии.
12. Насыщение поглощения в наноструктурах (полупроводниковые квантовые точки и углеродные наноструктуры). Нелинейно-оптические измерения с временным разрешением. Измерения методом фотонного эха.
