Программа курсов

Электромагнитная природа световых явлений

 

Предмет оптики.  Волны. Предмет оптики.  Краткий исторический очерк развития представлений о свете. Уравнения Максвелла-Лоренца.

Электромагнитные волны. Понятие о бесконечно малом физическом обьеме. Усреднение уравнений Максвелла-Лоренца. Методы усреднения производных волновых функций по координатам и по времени.

Уравнения Максвелла. Уравнения Максвелла. Уравнения связи. Волновое уравнение. Элементарные решения уравнений Максвелла

Плоские волны. Уравнения Максвелла для однородных сред. Плоские волны. Свойства плоских волн. Угловая связь между векторами Е, Н, и S

Энергия электромагнитной волны. Энергетические соотношения. Плотность энергии волн. Вектор Умова-Пойтинга. Энергетические соотношения в плоской волне. Вычисления энергетических характеристик в комплексной форме векторов поля. Закон сохранения энергии в интегральной и дифференциальной форме

Поляризация волн. Поляризация электромагнитных волн. Линейная, круговая и эллиптическая поляризация света. Параметры, характеризующие состояние поляризации света. Понятие о параметрах Стокса. Представление поляризации по сфере Пуанкаре

Отражение и преломление волн. Граничные условия. Отражение и преломление плоской волны. Закон отражения и преломления.

Прохождение волн через плоско-параллельный слой. Коэффициенты отражения и преломления. Прохождение волны через плоскопараллельный слой. Просветление оптики. Получение отражающих диэлектрических покрытий.

Интерференция волн. Интерференция двух монохроматических волн. Деление волнового фронта. Опыт Юнга. Интерференционные полосы в квазимонохроматическом и белом свете. Источники в виде щели. Видность полос.

Двухлучевая интерференция. Интерферометр Рэлея. Интерференционные полосы при отражении от плоскопараллельной пластинки.

Когерентность. Когерентность. Функция когерентности. Пространственная и временная когерентность. Время когерентности. Длина когерентности.

Многолучевая интерференция. Многолучевая интерференция. Интерферометр Фабри-Перо. Применение интерферометра Фабри-Перо в спектроскопии. Интерференционные фильтры. Резонаторы. Методы расчета и параметры резонаторов.

Дифракция света. Дифракция света. Принцип Гюйгенса Френеля. Теория дифракции Френеля. Теория дифракции Кирхгофа. Интегральная теорема Кирхгофа. Граничные условия Кирхгофа. Дифракция Френеля на крае экрана. Дифракция Фраунгофера на прямоугольном отверстии.

 

Литература

М. Борн, Э. Вольф. Основы оптики. Наука , М.

Н.И. Калитеевский. Волновая оптика."Высшая школа" М.

Р Дитчберн. Физическая оптика. Наука , М.

И.М. Нагибина, В.А. Москалев, Н.А. Полушкина, В.А. Рудин. Прикладная физическая оптика. М. Высшая школа, 565 с.

А.А.Семенов. Теория электромагнитных волн. Из-во МГУ, М.

А. Н. Матвеев. Оптика. Высш. школа. М.

Р. Фейнман, Р.Лейтон, М.Сэндо. Фейнмановские лекции по физике. Т.6, 7. Мир. М.

А.М.Саржевский. Оптика. В 2-х томах. “Университетское”. Мн.

Р. Аззам, Н. Башира. Эллипсометрия и поляризованный свет. М.


Экспериментальная спектроскопия

 

Спектральные приборы. Схемы возможной обработки спектральной информации. Классификация спектральных приборов.

Связь между основными оптическими характеристиками спектрального прибора. Угловая дисперсия. Линейная дисперсия. Разрешающая сила. Критерии разрешения. Связь между угловой линейной дисперсией, разрешающей силой и относительным отверстием объектива.

Основные задачи теории спектральных приборов. Количество информации передаваемое спектральным прибором. Причины ограничивающие количество информации. Аппаратная функция. Определение истинного контура по наблюдаемому.

Призменные спектральные приборы. Дисперсия призмы  и призменных систем. Разрешающая способность призмы. Аппаратная функция призмы. Влияние дефектов изготовления призмы. Астигматизм. Кривизна спектральных линий. Схемы призменных приборов.

Приборы с дифракционными решетками. Прозрачная дифракционная решетка. Отражательная решетка. Формирование контура. Разрешающая способность. Дисперсия. Аппаратная функция. Голографические решетки. Вогнутые решетки. Схемы установок решеток. Диспергирующие системы со скрещенной дисперсией.

Интерференционные спектральные приборы. Интерферометр Фабри-Перо. Интерференционная картина в эталоне Фабри-Перо. Угловая и линейная дисперсия. Аппаратная функция эталона Фабри-Перо. Установка мультиплекс. Пути повышения разрешающей силы эталона Фабри-Перо.

Интерференционные монохроматоры. СИСАМ. Светосила СИСАМа. Аппаратная функция СИСАМа. Анодизация аппаратной функции. Фурье - спектроскопия.

 

Литература

К.И.Тарасов "Спектральные приборы". Ленинград "Машиностроение". 2-ое издание

И.В.Скоков "Оптические спектральные приборы". Москва "Машиностроение"

В.В.Лебедева. "Техника оптической спектроскопии. Москва. МГУ

И.М.Нагибина, В.К.Прокофьев. "Спектральные приборы и техника спектроскопии. "Москва. "Машиностроение"

Ю.А.Толмачев "Новые спектральные приборы". Лениград, ЛГУ

Белл Р.  Введение в Фурье-спектроскопию. Москва. Мир.


Оптические спектры атомов

 

Введение в атомную спектроскопию. Что такое спектроскопия. Момент количества движения - основная характеристика атома. Сложение моментов. Векторная модель.

Излучение атома (классическая модель). Интенсивность излучения (классическая модель). Дипольное электрическое излучение. Мультипольное излучение.

Излучение атома (квантовая модель). Интенсивность излучения (квантово-механическая модель). Спонтанное и вынужденное излучение. Вероятность перехода. Правила отбора. Поляризация излучения.  Сила осциллятора. Среднее время жизни.

Ширина спектральной линии. Однородное и неоднородное уширение. Естественное уширение. Допплеровское уширение. Радиус Вайскопфа. Ударное уширение.

Простейшие атомные системы. Атом водорода. Спектр атома водорода. Тонкая структура спектра атома водорода. Спин-орбитальное взаимодействие. Тонкая структура линий серии Бальмера. Атомы щелочных металлов. Спектральные серии. Экранировочная постоянная.  Тонкая структура спектра щелочного металла.

Многоэлектронный атом. Приближение центрально-симметричного поля.  Электронная конфигурация. Волновая функция Слэтера.

Систематика спектров. Приближение L -S и J-J -cвязи. Электростатическое и обменное взаимодействие в электронной оболочке. Мультиплетная структура терма. Правило Хунда. Правила отбора. Правило интеркомбинационного запрета. Сравнение L -S и J-J -cвязи.

Спектры многоэлектронных атомов. Спектр атома меди.  Спектр атома гелия. Автоионизация. Спектры инертных газов.

Сверхтонкая структура спектральных линий. Магнитное взаимодействие. Квадрупольное электрическое взаимодействие. Массовый и объемный изотопический эффекты.

Атомы во внешних полях. Эффект Зеемана. Эффект Штарка.

 

Литература

Фриш С.Э. Оптические спектры атомов

Собельман И.И. Введение в теорию атомных спектров

Кондон Е., Шортли Г. Теория атомных спектров

Бете Г, Солпитер Э. Квантовая механика атомов с одним и двумя электронами

Ельяшевич М.А. Атомная и молекулярная спектроскопия


Введение в молекулярную спектроскопию

 

Введение. Вопросы, решаемые атомной и молекулярной спектроскопией. Виды спектров. Энергетические спектры в молекуле. Вероятности переходов. Ширина линий и полос в спектрах. Предмет изучения. Виды спектров в атомной физике. Виды спектров молекул. ИХ общие и  отличительные признаки. Обоснование видов спектроскопии и их областей. Спектры: вращательные, колебательные и электронные энергетические интервалы спектров. Расчет энергетических спектров молекул. Ширина линии. Естественная ширина. Соотношение неопределенности. Уширение линий. Вероятностный метод расчета интенсивностей линий.

Моделирование молекулы классическим электрическим осциллятором. Поглощение света совокупностью молекул. Молекула как классический гармонический осциллятор. Поглощение как вынужденный процесс. Поглощение молекулы как квантовой системы. Силы осцилляторов поглощения. Законы поглощения света.

Вращательные спектры молекул. Вращение двухатомной молекулы. Виды движения в молекуле. Вращение молекулы. Вращение двухатомной молекулы. Вращательная энергия молекулы. Уровни энергии  в молекуле как жестком волчке. Переходы между уровнями энергии. Спектр жесткого волчка. Вращательный спектр и молекулярные постоянные. Уровни энергии  в молекуле как жестком волчке. Переходы между уровнями энергии. Спектр жесткого волчка. Вращательный спектр и молекулярные постоянные. Уровни энергии  в молекуле как жестком волчке. Переходы между уровнями энергии. Спектр жесткого волчка. Вращательный спектр и молекулярные постоянные.

Вращательные спектры многоатомных молекул. Моделирование многоатомной молекулы симметричными и асимметричными волчками. Их спектры ИК  и комбинационного рассеяния. Получение, интерпретация. Применение спектров.

Колебательные спектры двухатомной молекулы как гармонического осциллятора. Колебание двухатомной молекулы в классической физике в квантовой механике. Спектр молекулы (ИК и КР - спектры). Молекула как ангармонический осциллятор. ИК и спектры КР.

Энергия диссоциации двухатомной молекулы. Применение спектров. Нахождение энергии диссоциации молекулы как ангармонического осциллятора. Постоянная ангармоничности. Графический и аналитический способы нахождения энергии диссоциации. Применения.

Многоатомная молекула. Колебания многоатомной молекулы в классической  физике. Колебания многоатомной молекулы в квантовой механике. Колебательные степени свободы многоатомной молекулы. Решение задачи о колебании молекулы в классической физике. Нормальные колебания молекулы Уравнение Шредингера для колеблющейся молекулы. Частоты колебаний. Нормальные колебания. Форма колебаний.

Колебательные спектры ИК и КР света. Основные и комбинационные частоты. Активность линий в спектрах ИК -поглощения и КР света.

Симметрия молекул. Применение теоретико-групповых методов в колебательной спектроскопии. Равновесная конфигурация молекулы. Симметрия молекулы. Групповые методы в спектроскопии молекул. Типы симметрии колебаний  молекулы. Отнесение колебаний молекулы по типам симметрии

 

Литература

К.Бенуэлл. Основы молекулярной спектроскопии. Изд. "Мир".М

М.А.Ельяшевич. Атомная и молекулярная спектроскопия. ИФМЛ

М.В.Волькенштейн, Л.А.Грибов, М.А.Ельяшевич, Б.И.Степанов. Колебания молекул. Изд. "Наука", М

Н.Б.Барковский, А.И.Комяк, Д.С.Умрейко. Симметрийные представления в спектроскопии молекул.  Минск, Изд. "Университетское"

А.А.Мальцев. Молекулярная спектроскопия. М. Изд. МГУ

Г.Герцберг. Колебательные и вращательные спектры многоатомных молекул. М. И"зд.-во Иностранная литература"

К.Накамото. Инфракрасные спектры неорганических и координационных соединений. Изд -во "Мир" . М.


Молекулярная спектроскопия

 

Электронные спектры двухатомной молекулы. Формирование колебательных полос. Колебательная энергия нижнего и верхнего электронных состояний. Система полос Деландера. Общий вид спектров электронно-колебательных полос.

Принцип Франка-Кондона для двухатомной молекулы. Потенциальные кривые верхнего и нижнего электронных состояний. Классический вариант принципа Франка-Кондона. Квантово-механический вариант принципа Расчет вероятности электронно-колебательных переходов.

Химические связи в двухатомной молекуле. Перекрывание электронных облаков соседних атомов. Молекулярные электронные оболочки. Уровни энергии связывающих  и разрыхляющих орбиталей.

Примеры  химических связей в простейших двухатомных молекулах. Связь в молекулах Н2 и Нl2 в других многоэлектронных молекулах  Li2 , O2 , N2 , F2   и др.

Метод молекулярных орбиталей. Образование молекулярных оболочек. Составление молекулярных орбиталей как суммы атомных орбиталей (МО=ЛКАО). Расчет энергий молекулярных орбиталей. Связываюшие и разрыхляющие орбитали. Кулоновские и резонасные интегралы. Интегралы перекрывания. Энергия устойчивого состояния молекулы.

Классификация электронных состояний молекулы как целого. Орбитальное квантовое число как характеристика проекции орбитального момента на ось молекулы. Различные состояния молекулы. Мультиплетность состояний.

Электронно-колебательно-вращательные спектры двухатомных молекул. Вращательная структура электронно-колебательных полос. Различные ветви электронно-колебательно-вращательных полос (О-Р, Q- R и S –ветви). Канты полос. Проявление в спектрах различных ветвей.

Правила отбора в электронно-колебательно-вращательных спектрах двухатомных молекул. Правила отбора по орбитальному квантовому числу. Правила отбора по симметрии.

Связь вращательного движения с электронным. Различные типы связи вращательно движения с электронным. Связи по Гунду а), б), в). Особенности спектров и примеры.

Электронные спектры многоатомной молекулы. Формирование спектра многоатомной молекулы. Подходы классификации электронных состояний. Сплошные, полосатые и дискретные спектры. Примеры молекул.

Химические связи в многоатомных молекулах. Формирование электронных оболочек. Гибридизация молекулярных орбиталей. Метод МО (ЛКАО).

Молекулярные орбитали в молекулах . Симметрия молекулярных орбиталей. Одинарные и полуторные связи в молекуле бензола. Симметрия молекулярных орбиталей (заполненных и незаполненных), симметрия электронных состояний.

Межмолекулярные взаимодействия и электронные спектры поглощения растворов. Классификация межмолекулярных взаимодействий. Универсальные взаимодействия. Сдвиги полос спектров при взаимодействии. Динамические взаимодействия и сдвиги частот при этих взаимодействиях.

Электронные спектры молекул в кристаллических матрицах. Эффект Шпольского. Внедрение молекул в кристаллические матрицы. Квазилинейчатость спектра. Электрон-фононные взаимодействия. Бесфононные и фононные квазилинии.

Спектроскопия молекулярных кристаллов. Электронные спектры поглощения кристаллов бензола, нафталина и антрацена. Понятие об экситоне.

Давыдовское расщепление полос в спектрах (экситонное расщепление)и  экситон-фононные взаимодействия в кристаллах. Поляризация компонент экситонного расщепления. Величина расщепления. Экситон-фононное  взаимодействие.

Электронные спектры поглощения активированных кристаллов (кристаллы рубина, граната и др. ). Активированные кристаллы. Тяжелые ионы в качестве активаторов. Спектры поглощения ионов с незаполненной  d  и   f - оболочками.

Электронные спектры поглощения полупроводниковых кристаллов. Энергетические зоны в полупроводниках. Спектры поглощения при комнатной и низкой температурах. Экситоны Ваньте-Мотта.

Экситон-фононное взаимодействие и спектры полупроводниковых кристаллов. Прямозонные и непрямозонные переходы в полупроводниках. Экситонное поглощение и экситонная люминесценция полупроводников.

 

Литература

М.А.Ельяшевич. Атомная и молекулярная спектроскопия. ИФМЛ

К.Бенуэлл. Основы молекулярной спектроскопии. Изд. "Мир".М

М.В.Волькенштейн, Л.А.Грибов, М.А.Ельяшевич, Б.И.Степанов. Колебания молекул. Изд. "Наука", М

Н.Б.Барковский, А.И.Комяк, Д.С.Умрейко. Симметрийные представления в спектроскопии молекул.  Минск, Изд. "Университетское"

Александров П.С. Введение в теорию групп. М., ГИФМЛ.

Спектроскопия и динамика возбуждений в конденсированных молекулярных системах. (Под ред. Аграновича и Хохштрассера Р.М.) М.,

Борисевич Н.А. Возбужденные состояния сложных молекул в газовой фазе. Мн., Из-во «Наука» и  техника»

Грибковский В.П. Теория поглощения и испускания света в полупроводниках. Мн, из-во  «Наука и техника»


Физика лазеров

 

Введение в физику лазеров. История создания лазеров. Принцип работы лазера. Основные свойства и характеристики лазерного излучения.

Понятие активной среды и способы ее создания. Способы накачки активной среды (оптическая, электрическая, тепловая, химическая, рекомбинационная и др.).

Оптическая накачка активной среды. Взаимодействие монохроматического излучения с резонансной средой. Коэффициент усиления. Эффект насыщения.

Схемы оптической накачки. Трех- и четырехуровневые схемы оптической накачки. Усиление в растворах сложных органических соединений (красителей).

Усиление в средах с однородным и неоднородным уширением. Специфика усиления в средах с однородным и неоднородным уширением. Эффект насыщения усиления. Выжигание «спектрального провала».

Оптический резонатор. Открытый резонатор. Типы резонаторов. Условие устойчивости резонатора.

Моды резонатора. Продольные и поперечные моды резонатора. Селекция мод лазера.

Добротность оптического резонатора. Потери в открытых резонаторах. Добротность резонатора.

Стационарный режим работы лазера. Условия перехода к лазерной генерации. Мощность генерации. Порог генерации.

Характеристики стационарной генерации. Оптимальная связь резонатора при стационарной генерации. Спектр генерации.

Динамические процессы в лазерах. Нестационарный режим работы лазера. Кинетические уравнения для лазерной генерации.

Режим свободной генерации. Работа лазера в режиме свободной генерации. Пичковая структура излучения.

Режим модуляции добротности. Модуляция добротности оптического резонатора. Математическое описание режима генерации.

Метод активной модуляции добротности оптического резонатора. Мощность, энергия и длительность импульса генерации лазера при активной модуляции добротности.

Режим пассивной модуляции добротности. Метод пассивной модуляции добротности оптического резонатора. Пассивные затворы.

Режим синхронизации мод. Методы активной и пассивной синхронизации мод.

Перестраиваемые лазеры и способы перестройки частоты излучения. Перестраиваемые лазеры с использованием дифракционной решетки, призмы, интерферометра Фабри – Перо.

Лазеры на красителях. Лазеры на красителях и F-центрах. Лазеры с распределенной обратной связью.

Основные типы лазеров. Типы лазеров (по виду активной среды: рубиновый, неодимовый, гелий-неоновый и др.).

Основные типы лазеров. Типы лазеров (по способу накачки: газодинамические, эксимерные, химические, полупроводниковые, на свободных электронах).

Применения лазеров. Использование лазерного излучения в науке, технике, производстве, военном деле, медицине.

 

Литература

О. Звелто. Принципы лазеров. М., Мир.

Н.В. Карлов. Лекции по квантовой электронике. М., Наука.

А.Ярив. Квантовая электроника. М., Мир.

Ф.Качмарек. Введение в физику лазеров. М., Мир.

А.Ярив. Введение в оптическую электронику. М., Мир.

Б.И.Степанов. Методы расчета оптических квантовых генераторов: Т. 1 – 2 , Мн., Наука и техника.

В.А.Пилипович, А.А.Ковалев. Оптические квантовые генераторы с просветляющимися фильтрами. Мн., Наука и техника.

Сверхкороткие световые импульсы. Под ред. С.Шапиро. М., Мир.

Л.В. Тарасов. Лазеры и их применение. М. Радио и связь.

Г.М.Зверев, Ю.Д.Голяев, Е.А.Шалаев, А.А.Шокин. Лазеры на алюмоиттриевом гранате с неодимом. М., Радио и связь.

Й.Херман, Б.Вильгельми. Лазеры сверхкоротких световых импульсов. М., Мир.

Б.Ф.Федоров. Лазеры. Основы устройства и применение. М., ДОСААФ.

А.А.Мак, Л.Н.Сомс, В.А.Фромзель, В.Е.Яшин. Лазеры на неодимовом стекле. М., Наука.

С.М.Копылов, Б.Г.Лысой, С.Л.Серегин, О.Б.Чередниченко. Перестраиваемые лазеры на красителях и их применение. М., Радио и связь.


Кристаллооптика

 

Введение в кристаллооптику. Введение. Общие представления о строении и свойствах кристалла. Симметрия кристаллов и анизотропия. Тензорные характеристики анизотропных сред. Тензор диэлектрической проницаемости анизотропной среды.

Электромагнитные волны в анизотропных средах. Распространение плоских монохроматических волн в анизотропной среде. Уравнение волновых нормалей Френеля. Лучевое уравнение. Геометрические построения для определения скоростей распространения волн и состояния поляризации. Эллипсоид волновых нормалей. Лучевой эллипсоид. Соотношение между поверхностью нормалей и лучевой поверхностью.

Оптические свойства одноосных и двухосных кристаллов. Распространение света в одноосных кристаллах. Распространение света в двухосных кристаллах. Двойное лучепреломление. Построения Гюйгенса для анизотропных сред. Явление внутренней и внешней конической рефракции. Интерференция в кристаллических пластинках. Прохождение света через систему поляризатор – кристалл – анализатор. Коноскопические картины. Матрицы Джонса, матрицы Мюллера. Расчет оптических систем с помощью сферы Пуанкаре, методов Джонса, Мюллера. Оптические свойства поглощающих кристаллов.

Введение в оптику фотонных кристаллов. Распространение электромагнитных волн в периодических средах. Понятие о запрещенной зоне и причинах ее возникновения. Применение фотонных кристаллов при разработке оптических элементов управление световыми потоками.

 

Литература

М. Борн, Э. Вольф. Основы оптики. Наука , М.  1970

Р Дитчберн. Физическая оптика. Наука , М. 1955

А. Ярив, П. Юх. Оптические волны в кристаллах. М.:Мир., 1987

Дж. Най. Физические свойства кристаллов. М.: ИЛ. , 1960


Люминесценция

 

Люминесценция как явление и как наука. Вероятности оптических и неоптических переходов. Определение люминесценции. Различные виды люминесценции. Люминесценция отдельного центра и вещества. Люминесценция как наука. Спонтанные переходы. Связь спонтанных и вынужденных переходов. Коэффициенты Эйнштейна. Связь между коэффициентами Эйнштейна

Основные характеристики люминесценции. Длительность возбужденного состояния. Связь между длительностью состояния и вероятностями перехода. Спектр люминесценции. Квантовый выход. Поляризация люминесценции

Связь между спектрами поглощения и испускания. Зеркальная симметрия спектров поглощения и испускания. Соотношение между вероятностями прямых и обратных переходов

Квантовый и энергетический выходы  люминесценции. Определение выходов люминесценции. Связь квантового выхода люминесценции с вероятностями переходов. Измерение квантового выхода люминесценции

Длительность возбужденного состояния. Методы измерения кинетики  затухания. Фазовый метод измерения длительности флуоресценции. Импульсные методы измерения длительности флуоресценции и фосфоресценции. Одноэлектронный метод регистрации кинетики флуоресценции.

Поляризация флуоресценции. Зависимость поляризации флуоресценции и длительности по спектру поглощения и испускания. Поляризация растворов. Зависимость поляризации от внешних и внутренних параметров вещества. Причины падения степени поляризации по спектру поглощения. Влияние колебаний на величину поляризации. Другие деполяризующие факторы.

Поляризационные спектры по поглощению и испусканию. Формула Левшина-Перрена. Осцилляторная модель  поглощения и флуоресценции. Объяснение хода зависимости поляризации по спектру. Влияние неоднородности раствора на поляризацию

Поляризационные диаграммы и природа излучающего и поглощающего осциллятора. Запрещенные переходы в люминесценции. Фосфоресценция. Поляризационные диаграммы для дипольного излучения и поглощения. Природа осциллятора и спектры поглощения. Другие октупольные излучатели. Длительность и спектры флуоресценции. Влияние тяжелого атома на синглет-триплетные переходы.

Неоднородное уширение спектров флуоресценции и фосфоресценции. Неоднородное уширение и процессы испускания света. Влияние неоднородного уширения на процессы длительности возбужденного состояния.

Миграция энергии возбуждения и спектры флуоресценции и фосфоресценции. Индуктивно-резонансный перенос энергии возбуждения. Влияние переноса на поляризационные и временные характеристики люминесценции. Другие виды переноса энергии (обменный, экситонный, внутримолекулярный).

Люминесценция активированных кристаллов. Люминесценция кристаллов содержащих тяжелые ионы с незаполненными d- и f- оболочками. расщепление уровней энергии ионов различной симметрии.

Люминесценция молекулярных кристаллов. Люминесценция кристаллов бензола, нафталина и антрацена. Экситонная люминесценция. Экситон-фононное взаимодействие.

Люминесценция полупроводниковых кристаллов. Люминесценция свободных и локальных экситонов. Рост фононной подсистемы кристалла в процессе люминесценции.

 

Литература

Гайсенок В.А. Анизотропия поглощения и люминесценции многоатомных молекул. Мн., из-во БГУ

Лакович Дж. Основы флуоресцентной спектроскопии. М., «Мир»

Степанов Б.И., Грибковский В.П. Введение в теорию люминесценции. Мн., Из-во АН БССР

Левшин В.Л., Салецкий А.М. Люминесценция и ее измерения. Молекулярная люминесценция.М., Из-во МГУ

Паркер С. Фотолюминесценция растворов. М., «Мир»

Феофилов М.П. Поляризованная люминесценция атомов, молекул и кристаллов. М., Физматгиз

Чукова Ю.П. Антистоксова люминесценция и новые возможности ее применения. М., «Наука»

Ермолаев В.Е, Бодунов Е.Н., Свешникова Е.Б. Шахвердов Т.А. Безызлучательный перенос электронного возбуждения. Л., «Наука»


Техника лазеров

 

Введение. Устройство и основные элементы твердотельных лазеров. Активные элементы. Активные элементы (состав, методы выращивания, условные обозначения, спектральные, оптические и генерационные  характеристики).

Резонаторы. Конструкция резонатора. Типы резонаторов. Зеркала. Требования к качеству изговления подложек зеркал. Изготовление отражающих покрытий (коэффициенты отражения металлических отражающих слоев, элементы однолучевой и многолучевой интерференции, изготовление просветляющих и отражающих многослойных интерференционных зеркал). Требования к юстировке резонаторов различных типов.

Системы оптической накачки. Конструкция газоразрядных ламп для оптической накачки активных элементов. Обозначения. Характеристики газов для заполнения ламп. Влияние вида и давления газа на оптический выход. Спектральное распределение оптического излучения и зависимость его от вводимой энергии. Электрические и световые параметры газоразрядных ламп для оптической накачки. Светодиодная накачка.

Источники питания импульсных ламп накачки. Блок- схема источников питания. Накопители. Системы зарядки накопителей. Разрядный контур. Управление параметрами зарядки. Требования к поджигу ламп. Системы поджига (параллельный, последовательный, дежурная дуга).

Отражатели. Конструкции отражателей (цилиндрического, эллиптического, полиэллиптических, по принципу плотной упаковки). Изготовление отражателей и отражательных покрытий (зеркальных, диффузных). Методы повышения кпд отражателей.

Системы термостабилизации активного вещества лазеров. Способы термостабилизации. Замкнутые жидкостные и газовые системы охлаждения. Характеристики и требования к жидкостным и газовым хладоагентам. Конструкции контактных систем охлаждения твердотельных активных элементов.

Газовые лазеры малой и средней мощности. Атомарные газовые лазеры. Конструкции излучателей. Требования к материалам для изготовления газоразрядной трубки и окошек гелий-неонового лазера. Общее давление смеси газов гелия и неона, и их оптимальное соотношение. Влияние диаметра капилляра на эффективность работы лазера. Обоснование оптимального произведения общего давления газовой среды на диаметр капилляра. Методы селекции излучения. Коэффициенты усиления и требования к коэффициентам отражения зеркал для различных линий генераций.

Молекулярные газовые лазеры. Конструкции излучателей. Требования к материалам для изготовления газоразрядной трубки и окошек лазера ИК диапазона на СО2 . Общее давление смеси газов гелия, азота и углекислого газа, и их оптимальное соотношение. Влияние диаметра капилляра на эффективность работы лазера. Обоснование оптимального произведения общего давления газовой среды на диаметр капилляра. Методы селекции излучения. Коэффициенты усиления и требования к коэффициентам отражения зеркал для различных линий генераций.

Ионные газовые лазеры. Конструкции излучателей. Требования к материалам для изготовления газоразрядной трубки и окошек аргонового лазера. Эффект увеличения давления газа у  катода при работе лазера и его устранение. Влияние величины магнитного поля на генерационные характеристики. Влияние давления на эффективность генерации. Влияние диаметра капилляра на эффективность работы лазера. Обоснование оптимального произведения общего давления газовой среды на диаметр капилляра. Методы селекции излучения. Коэффициенты усиления и требования к коэффициентам отражения зеркал для различных линий генераций.

Источники питания непрерывных газовых лазеров. Характеристики тлеющего и дугового разряда. Обоснование выбора типа источника питания для лазеров, использующих тлеющий разряд для возбуждения газовой среды (атомарные, молекулярные) и дуговой (ионные). Электрические схемы питания тлеющего  разряда ( стабилизация с помощью балластного резистора, параметрические стабилизаторы тока, умножители напряжения). Управляемые выпрямители как источники питания дугового разряда.

Лазеры  на самоограниченных переходах.  Требования  к активным средам. Лазер на молекулярном азоте. Конструкции лазерных головок с продольной, поперечной накачкой. Повышение мощности генерации за счет повышения давления газа и явления контракции разряда. Методы устранения возможности контракции разряда. Источники получения высоковольтных наносекундных электрических импульсов  для возбуждения генерации. Требования к конденсаторам. Методы повышения частоты повторения импульсов генерации.

Внутрирезонаторное управление параметрами  излучения лазера. Принципы работы лазеров с модулированной добротностью. Механические модуляторы (дисковые, призменные) и их характеристики. Электрооптические модуляторы на эффекте Поккельса и их характеристики. Фототропные затворы на растворах красителей. Требования к красителям.

Внешнее управление параметрами излучения лазера. Типы внерезонаторных модуляторов  лазерного излучения. Электрооптические МЛИ (на эффекте Поккельса, на эффекте Керра). Акустооптические МЛИ ( дифракционные модуляторы на бегущих и стоячих ультразвуковых волнах). Магнитооптические МЛИ на эффекте Фарадея.

Селекция мод. Принципы селекции мод (внутрирезонаторые и внерезонаторные селекторы и требования к ним). Селекция поперечных мод (внутрирезонаторная- растройкой резонатора, введением диафрагмы, призмы полного внутреннего отражения, внерезонаторная - введением диафрагмы). Селекция продольных мод ( внутрирезонаторная и внерезонаторная ).

Генерация мощных и сверхмощных импульсов. Методы построения  оптических схем мощных и свермощных лазерных установок. Усилители лазерного излучения. Элементы развязки (затворы на эффектах Покельса и Фарадея). Методы деления лучи задающего лазера на n-ое количество каналов усиления. Твердотельные лазеры. Лучевая прочность твердотельных сред. Газовые лазеры (лазеры на СО2 и J).

Методы юстировки лазеров. Требования к юстировке различных типов лазеров (твердотельные- рубин, гранат, стекло, газовые). Автоколимационный метод юстировки (устройство АКТ-200, предел юстировки). Юстировка методом оптического рычага с помощью вспомогательного гелий-неонового лазера. Интерференционный метод юстировки.

 Измерения параметров лазеров. Методы измерения энергии и мощности лазеров. Измерители мощности. Измерение расходимости лазерного излучения (понятие о ближней и дальней зонах). Временные измерения.

Техника безопасности при работе с лазерами. Физиологические эффекты. Санитарные нормы и стандарты безопасной работы с лазерами и лазерным излучением. Основные требования и ограничения к защитным устройствам при работе с лазерным излучением. Дозиметрия лазерного излучения.

 Особенности эксплуатации лазеров и их обслуживание. Повреждение и изнашивание лазеров. Повреждение прозрачных материалов. Повреждение активных элементов твердотельных лазеров. Повреждение зеркал и окон. Особенности эксплуатации ламп накачки.

Применение лазеров. Исследование окружающей среды. Введение в лазерные методы контроля окружающей среды. Оптический локатор. Методы основанные на комбинационном рассеянии света. Резонансная флуоресценция. Методы основанные на поглощениии света. Сравнение различных методов между собой. Обработки материалов. Применение лазеров для сварки и термообработки металлов. Пробивка отверстий, резка различных материалов (металлы и неметаллы). Особенности удаления материала под действием лазерного излучения. Применение лазеров в химии. Спектроскопия. Абсорбционная спектроскопия с помощью перестраиваемого лазера. Спектроскопия комбинационного рассеяния. Спектроскопия насыщения. Фотохимическое применение. Селективное возбуждение реакций. Импульсный фотолиз. Разделение изотопов.

 

Литература

Ю.В.Байбородин. Введение в лазерную технику. -Киев.: Техника.

С.Г.Рябов, Г.Н.Торопкин, И.Ф.Усольцев. Приборы квантовой электроники. -М.:  Радио и связь.

И.И.Пахомов, О.В.Рожков, В.Н.Рождествин. Оптики-электронные квантовые приборы. - М.: Радио и связь.

Дж. Реди. Промышленные применения лазеров. - М.: Мир.

О.Звелто. Принципы лазеров. - М.: Мир.

Ф. Качмарек. Введение в физику лазеров. - М.: Мир.

В.И.Донин. Мощные ионные лазеры. - Новосибирск.: Наука.

В.Виттеман. СО2-лазер.  - М.:Мир.

Н.И.Коротеев, И.Л.Шумай. Физика мощного лазерного излучения.- М.:Наука.

Технологические лазеры. В 2 томах. - М.:Машиностроение.


Оптоэлектроника

 

Введение. Основные понятия и элементы оптоэлектроники. Фотоэлектронная и вторично-электронная эмиссия. Физические основы внешнего и внутреннего фотоэффекта. Эффективные и неэффективные материалы для использования в приборах с внешним фотоэффектом.

Фотоэлементы с внешним фотоэффектом. Устройство ФЭ. Фотокатоды. Аноды. Шумы ФЭ. Электрические, оптические и частотные характеристики. Типы. Спектральные ФЭ. Временные ФЭ. Режимы работы.

Фотоэлектронные умножители. Конструкции. Основные параметры. Источники питания. Типы и режимы работы ФЭУ (временные, спектрометрические и для счета фотонов). Канальные и микроканальные ФЭУ. Устройство. Основные параметры. Питание. Режимы работы.

Фотоэлементы с внутренним фотоэффектом. Фоторезисторы. Устройство. Эффективные и неэффективные материалы. Электрические и оптические характеристики. Питание. Вентильные фотоэлементы. Условия образования фото-э.д.с. Фотодиоды. Устройство. Режимы работы. Электрические и оптические характеристики. Многоэлементные приемники.

Приемники излучения на основе приборов с зарядовой связью. Принцип действия и конструкция. Основные параметры и характеристики приемников на ПЗС. Многоэлементные приемники. Применение приборов на основе переноса заряда.

Тепловые приемники.  Термоэлементы. Эффект Зеебека. Материалы для термопар. Электрические и оптические характеристики.

Болометры. Болометрический эффект. Материалы для болометров. Электрические и оптические характеристики. Пироэлектрические приемники. Пироэлектрический эффект. Материалы для приемников. Электрические и оптические характеристики.

Согласование приемников с источниками оптических сигналов, усилителями и регистрирующими приборами. Согласование характеристик оптического сигнала и приемника излучения. Согласование по спектральным свойствам. Согласование приемников по внутреннему сопротивлению с усилителями. Согласование по инерционным свойствам. Принципы построения согласующих каскадов.

 

Литература

Н.А.Соболева. А.Е.Меламид. Фотоэлектронные приборы. - М.:Высшая школа.

Полупроводниковые фотоприемники. Под ред. В.И.Стафеева. - М.: Радио и связь.

Л.И.Фукс-Рабинович, М.В.Епифанов. Оптико-электронные приборы. - Ленинград.: Машиностроение.

Ю.Г.Якушенков. Основы теории и расчета оптико-электронных приборов. - М.: Советское Радио.

И.И.Анисимова, Б.М.Глуховский. Фотоэлектронные умножители. -М.: Советское Радио.

М.Д.Аксененко, М.Л.Бараночников. Приемники оптического излучения. Справочник. -М.: Радио и связь.

Фотоприемники видимого и ИК диапазонов. Под. ред. Р. Дж. Киеса. - М.: Радио и связь.

Справочник по приемникам оптического излучения. Под. ред. Л.З.Криксунова и Л.С.Кременчугского. - Киев. :Техника.


Нелинейная оптика

 

Введение. Предмет нелинейной оптики. История возникновения и развития нелинейной оптики. Понятие нелинейной среды. Уравнения Максвелла для светового поля в линейной и нелинейной средах.

Нелинейная оптическая восприимчивость. Классификация нелинейностей. Квадратичная и кубическая нелинейности. Нелинейности высших порядков.

Тепловая и керровская нелинейности. Тепловая нелинейность. Ориентационный и наведенный эффект Керра. Электрострикция.

Резонансная нелинейность. Нелинейные свойства двухуровневой резонансной среды, насыщение поглощения. Соотношения Крамерса-Кронига и нелинейность показателя преломления резонансной среды.

Примеры нелинейных сред и механизмы нелинейностей. Нелинейные свойства сложных органических соединений, фоторефрактивных и жидких кристаллов.

Нелинейное взаимодействие электромагнитных волн. Формализм комплексных функций. Приближение медленно меняющихся амплитуд.

Самовоздействие световой волны в нелинейной среде. Самофокусировка, автоколлимация и дефокусировка светового пучка.

Генерация второй гармоники. Эффект генерации второй гармоники. Эффективность преобразования во вторую гармонику, длина когерентного взаимодействия.

Условие фазового синхронизма. Условие фазового синхронизма и его выполнение в двулучепреломляющих кристаллах, угловая ширина синхронизма.

Оптимизация условий генерации второй гармоники. Генерация второй гармоники при высокой эффективности преобразования.

Общая характеристика процессов в средах с квадратичной нелинейностью. Генерация волн на суммарной и разностной частоте, оптическое выпрямление. Каскадная генерация высших гармоник.

Параметрическое усиление. Параметрическое усиление в средах с квадратичной нелинейностью.

Одно- и двухрезонаторные параметрические генераторы. Принцип работы параметрического генератора. Стабильность частоты генерации и методы ее перестройки.

Характеристики параметрических генераторов. Порог генерации и к.п.д. параметрического генератора. Параметрическое усиление встречных волн.

Перестройка частоты параметрического генератора. Способы перестройки частоты параметрического генератора (температурная и тепловая перестройка частоты).

Параметрические процессы в средах с кубической нелинейностью. Генерация третьей гармоники. Методы осуществления фазового синхронизма при генерации третьей гармоники.

Четырехволновое взаимодействие в средах с кубической нелинейностью. Четырехволновое смешение и генерация волн на суммарной и разностной частоте. Параметрическое усиление и генерация встречных волн при четырехволновом взаимодействии.

Вынужденное комбинационное рассеяние. Релеевское и комбинационное рассеяние света атомами и молекулами. Спонтанное и вынужденное комбинационное рассеяние.

Вынужденное рассеяния Мандельштама-Бриллюэна. Вынужденное рассеяния Мандельштама-Бриллюэна и обращение волнового фронта.

Явление обращения волнового фронта. Фазовое сопряжение и обращение волнового фронта. Обращение волнового фронта при трех-, четырехволновом смешении и вынужденном рассеянии.

Современные проблемы нелинейной оптики. Понятие оптической бистабильности, оптической нутации, самоиндуцированной прозрачности, фотонного эха, сжатых световых состояний.

 

Литература

Н.Бломберген. Нелинейная оптика. М., Мир.

М.Шуберт, Б.Вильгельми. Введение в нелинейную оптику, часть I, II. М., Мир.

А.Ярив. Квантовая электроника. М., Мир

Ф.Качмарек. Введение в физику лазеров. М., Мир.

А.Ярив. Введение в оптическую электронику. М., Мир.

И.Р.Шен. Принципы нелинейной оптики. М., Наука.

А.Л.Толстик. Многоволновые взаимодействия в растворах сложных органических соединений. Мн., БГУ.

В.А.Пилипович, А.А.Ковалев. Оптические квантовые генераторы с просветляющимися фильтрами.

Мн., Наука и техника

П.А.Апанасевич. Основы теории взаимодействия света с веществом. Мн., Наука и техника.

Сверхкороткие световые импульсы. Под ред. С.Шапиро. М., Мир.

Б.Я.Зельдович, Н.Ф.Пилипецкий, В.В.Шкунов. Обращение волнового фронта. М., Наука.

Й.Херман, Б.Вильгельми. Лазеры сверхкоротких световых импульсов. М., Мир.

Х.Гиббс. Оптическая бистабильность. Управление светом с помощью света. М., Мир.

Н.Б.Делоне. Взаимодействие лазерного излучения с веществом. М., Наука.

В.Г.Дмитриев. Нелинейная оптика и обращение волнового фронта. М., Физматлит.


Полупроводниковые лазеры

 

Введение. Основные характеристики и особенности работы инжекционных полупроводниковых лазеров. Общая характеристика и принципы работы инжекционных непрерывных полупроводниковых лазеров. Лазеры на гомо- и гетероструктурах. Порог генерации.

Статические характеристики полупроводниковых  инжекционных лазеров. Сравнение характеристик лазеров с управляемым усилением и управляемым коэффициентом преломления.

Лазеры с полосковой геометрией. Лазеры с селекцией поперечных мод и полосковой геометрией. Квантоворазмерные структуры

Мощность и кпд непрерывных инжекционных лазеров. Люминесценция и генерация. Максимальная мощность и предельный кпд генерации. Спектральные и пространственные характеристики генерации.

Импульсные инжекционные лазеры. Конструкции. Основные параметры. Источники питания. Генерация нано- и пикосекундных импульсов излучения.

Лазерные линейки и решетки. Общие принципы конструкции мощных лазерных линеек и  решеток. Характеристики.

Лазеры с оптической накачкой. Особенности оптической накачки. Энергетические характеристики межзонной и примесной генерации. Экситонный механизм генерации.

Лазеры с электронной накачкой. Возбуждение полупроводников быстрыми электронами. Пороговые характеристики. Свойства генерируемого излучения.

Лазеры  с накачкой стримерным разрядом. Свойства стримерных разрядов в полупроводниках. Генерация излучения.

Деградация лазеров. Внешние проявления деградации. Основные механизмы деградации.

Светодиоды.  Конструкция. Характеристики мощности оптического излучения. Ширина спектральной полосы. Модуляционные характеристики. СИД большой мощности излучения.

 

Литература

В.П. Грибковский Полупроводниковые лазеры. Минск.

Полупроводниковые фотоприемники. Под ред. В.И.Стафеева. - М.: Радио и связь.

Основы оптоэлектроники. М.: Мир.

Е.Д. Карих, И.С. Манак. Полупроводниковые лазеры. Минск


Газовые лазеры

 

Общие вопросы теории молекулярных лазеров. Общие вопросы теории молекулярных газов (поступательная, вращательная и колебательная релаксация, электронная кинетика молекул). Основные характеристики лазеров и их кинетические модели. Кинетика лазеров в режиме генерации.

Газодинамические лазеры. Газодинамические лазеры. Тепловые газодинамические лазеры. Комбинированные схемы газодинамических лазеров.

Технологические СО2- лазеры. Общая характеристика и принципы конструкции различных типов лазеров. Основы инженерного расчета и выбор основных элементов.

Импульсные химические лазеры. Непрерывные химические лазеры. Общая характеристика и принцип действия. Реагенты и основные реакции импульсных химических лазеров. Реагенты  и основные реакции непрерывных химических лазеров.

Мощные ионные газовые лазеры. Техника получения сильноточных дуговых стационарных разрядов. Влияние на энергетические характеристики аргонового лазера внешних условий разряда. Ионные лазеры с быстрой поперечной прокачкой газа в сильноточном разряде.

Эксимерные лазеры. Общая характеристика и принцип действия. Реагенты и основные реакции эксимерных лазеров. Эксимерные лазеры с электронной накачкой. Электроразрядные эксимерные лазеры.

 

Литература

Б.Ф.Гордиец, А.И.Осипов, Л.А.Шелепин. Кинетические процессы в газах и молекулярные лазеры. –М.:Наука.

С.Г.Рябов, Г.Н.Торопкин, И.Ф.Усольцев. Приборы квантовой электроники. – М.: Радио и связь.

Технологические лазеры. Расчет, проектирование и эксплуатация. В 2-х томах. - М. Машиностроение

В.И. Донин. Мощные ионные газовые лазеры.. Новосибирск. Наука.

С.А.Лосев. Газодинамические лазеры. –М.: Наука.

Е.Е.Никитин. Теория элементарных атомно-молекулярных процессов в газах. –М.:Химия. .

Эксимерные лазеры. Под ред. Ч.Роудза. -. М. Мир.

.В.Виттеман. СО2-лазер. –М.:Мир.


Методы управления световыми потоками

 

Модуляторы лазерного излучения. Основные методы модуляции света. Функциональная роль модуляторов. Основные виды модуляторов. Требования к рабочим материалам ПВМС.

Эффект Поккельса. Зависимость электрооптических свойств кристалла от симметрии решетки. Электрооптические коэффициенты. Продольный и поперечный эффекты Поккельса. Ячейка Поккельса. Амплитудная модуляция света. Фазовая модуляция света. Высокочастотная модуляция. Ограничение на частоту модуляции, накладываемое временем прохода света через кристалл. Модулятор бегущей волны. Электрооптическое отклонение луча.

Эффект Керра. Квадратичный электрооптический эффект. Фазовая и амплитудная модуляция света. Постоянная Керра. Ячейка Керра.

Эффект Фарадея. Оптическая активность. Магнитооптический эффект. Вращение плоскости поляризации и двойное лучепреломление. Постоянная Верде. Использование ячейки Фарадея.

Фотоупругий эффект. Типы модуляторов, использующих фотоупругий эффект. Фотоупругие модуляторы на двулучепреломлении. Акустооптический эффект в воде. Дифракция света на акустооптических волнах. Дифракция Рамана-Ната. Дифракция Брэгга.

Жидкокристаллические модуляторы света. Классификация жидких кристаллов. Директор. Степень ориентационного порядка. Вязкоупругие свойства ЖК. Формула Франка для объемной упругой энергии. Виды ориентации директора ЖК и способы их получения. Диэлектрические свойства НЖК. Оптические свойства НЖК. Виды деформации ЖК. Влияние магнитного и электрического полей на ориентацию директора ЖК. Влияние опорных поверхностей на ориентацию. Электрооптические свойства НЖК. Переход Фредерикса. Электрооптические эффекты. Твист эффект. S-эффект. Эффект «гость-хозяин». Модуляция света на структуре «фотопроводник-ЖК». Система «рельефная решетка –ЖК».

 

Литература

М. Борн, Э. Вольф. Основы оптики, М.: Наука.

М.П. Шаскольская. Кристаллография. М.: Высшая школа

А. Ярив, П. Юх. Оптические волны в кристаллах. М.:Мир.

Ю. К. Ребрин. Управление оптическим лучом в пространстве. М.: Советское радио.

Р.Дитчберн. Физическая оптика. М.: Наука.

Блинов Л.М. Электрооптика и магнитооптика жидких кристаллов. М.: Наука. Гл. ред. Физ.-мат. лит.

Дж. Най. Физические свойства кристаллов. М.: ИЛ.

А.Ярив. Квантовая электроника. М.: Советское радио.

А. А. Васильев, Д. Касасент, И. Н. Компанец, А. В. Парфенов.  Пространственные модуляторы света. М.: Радио и связь.

В.Г.Дмитриев, Л.В. Тарасов. Прикладная нелинейная оптика. М.: Радио и связь.

Р. Фларри. Группы симметрии. Теория и химические приложения. М.: Мир.

П. М. Зоркий. Симметрия молекул и кристаллических структур. М.: Изд-во Моск. ун-та.

И.С. Желудев. Физика кристаллов и симметрия. М.: Наука.


Оптическая обработка информации

 

Введение в оптическую обработку информации. История развития и физические основы оптической обработки информации. Методы аналоговой и цифровой обработки информации.

Фурье-оптика и ее использование для преобразования изображений. Пространственная фильтрация изображений с использованием Фурье-преобразования.

Голографические методы коррекции фазовых искажений и передачи информации. Преобразование изображений динамическими голограммами. Использование обращения волнового фронта в системах передачи информации через неоднородные среды.

Голографические методы обработки изображений и оптических сигналов. Использование обращения волнового фронта и четырехволнового смешения в системах обработки оптической информации. Частотное преобразование изображений в условиях нелинейной записи динамических голограмм.

Явление оптической бистабильности и методы ее реализации. Оптическая бистабильность и схемы ее реализации. Абсорбционная и дисперсионная бистабильность в нелинейном интерферометре Фабри-Перо.

Типы оптической бистабильности в нелинейном интерферометре. Мультистабильность в интерферометре с тепловой нелинейностью. Поляризационная и цветовая бистабильность. Бифуркация нарушения симметрии при четырехволновом взаимодействии в нелинейном интерферометре.

Беззеркальные схемы оптической бистабильности. Бистабильность при нарастающем поглощении, бистабильность при нарушенном полном внутреннем отражении, бистабильность при четырехволновом взаимодействии.

Гибридные бистабильные оптоэлектронные устройства. Оптическая бистабильность в оптоэлектронных системах с использованием жидких и электрооптических кристаллов.

Оптические способы реализации логических операций. Оптические логические элементы.

Оптоэлектронные логические элементы. Реализация логических операций с использованием оптоэлектронных жидко-кристаллических элементов.

Неустойчивости в нелинейно-оптических системах. Переходные процессы и самопульсации в нелинейных системах, оптический хаос.

Самопульсации интенсивности и оптический хаос. Реализация пульсаций интенсивности и оптического хаоса в оптоэлектронных системах на основе жидко-кристаллических элементов.

Эффекты самоорганизации в нелинейной оптике. Самоорганизация в нелинейных оптических системах. Лазер, как пример самоорганизующейся системы. Пространственно-временные эффекты самоорганизации.

 

Литература

Оптическая обработка информации. под ред. Д.Кейсесента. М., Мир.

Б.Я.Зельдович, Н.Ф.Пилипецкий, В.В.Шкунов. Обращение волнового фронта. М., Наука.

Х.Гиббс. Оптическая бистабильность. Управление светом с помощью света. М., Мир.

Р.Бейтс, М.Мак-Доннелл. Восстановление и реконструкция изображений. М., Мир.

Н.Н.Розанов Оптическая бистабильность и гистерезис в распределенных нелинейных системах. М.: Наука.

А.Л.Толстик. Многоволновые взаимодействия в растворах сложных органических соединений. Мн., БГУ.

К.Престон. Когерентные оптические вычислительные машины. М., Мир.

А.А.Акаев, С.А.Майоров. Оптические методы обработки информации. М., Высшая школа.

В.В.Бойко, Н.С.Петров. Отражение света от усиливающих и нелинейных сред. Мн., Наука и техника.

Д.П.Лукьянов, А.А.Корниенко, Б.Е.Рудницкий. Оптические адаптивные системы. М., Радио и связь.


Лазеры в медицине

 

Введение. Введение в лазерную медицину. Исторический очерк развития светотерапии. Три этапа развития. Особенности взаимодействия излучения с биотканями. Основные процессы определяющие взаимодействие лазерного излучения с биотканями.

Оптика биотканей. Основные компоненты биотканей и спектры их поглощения. Особенности описания прохождения света в биоткани. Распространение света в тканях с преобладанием поглощения. Распространение света в тканях с преобладанием рассеяния. Понятие о многослойных моделях. Методы измерения параметров биотканей.

Основы лазерной хирургии. Основные задачи описания хирургического воздействия. Основные механизмы разрушения твердых биотканей. Основные модели прозрачных биотканей. Механизмы разрушения прозрачных биотканей. Аппаратура для лазерной хирургии.

Оптические методы диагностики. Классификация оптических методов в оптической диагностике. Оптическая микроскопия. Спектроскопические методы. Макро и микродиагностика. Оптическая биопсия.

Лазерная терапия. Низкоинтенсивная лазерная терапия. Основные виды. Механизмы НИЛТ.

Фотодинамическая терапия онкозаболеваний. Фотодинамическая терапия. Основные параметры. Фотосенсибилизаторы и перспективы ФДТ. Методы и аппаратура для диагностики и терапии. Методы регистрации областей локализации по лазерновозбуждаемой флуоресценции и обратному рассеянию.

 

Литература

Лазеры в клинической медицине.М.,.(Сб. статей).

Применение методов и средств лазерной техники в биологии и медицине. Киев.(Сб. статей).

А.С. Крюк, В.А.Мостовников, И.В.Хохлов, Н.С. Сердюченко. Терапевтическая эффективность низкоинтенсивного лазерного излучения. Минск. “Наука и техника”. 1986 г.

Лазеры, плазменный скальпель в неотложной абдомальной хирургии. Минск, “ Навука I тэхнiка”

Тучин В.В.Основы взаимодействия низкоинтенсивного лазерного излучения с биотканями: дозиметрический и диагностический аспекты. Изв. АНРФ , Сер.физ., 1995 г, т.59, №6.

Лазеры в клинической медицине. Руководство для рачей./Под ред. С.Д.Плетнева.-М.:Медицина. 432 с.

А.В. Приезжаев, В.В. Тучин, Л.П. Шубочкин азерная диагностика в биологии и медицине.М Наука.

В.Е. Илларионов. Основы лазерной терапии. М. 123 с.

Справочник по лазерной технике.М., “Энергоатомиздат”. Пер. с нем. Под ред. А.П. Напартовича.

С.Г. Рябов, Г.Н. Торопкин, И.Ф. Усольцев. Приборы квантовой электроники.М: “Радио и связь”

И.М. Гулис. Лазерная спектроскопия. БГУ, 187с.

Под ред. Воропая Е.С., Соловьева К.Н. ,Умрейко Д. С. Спектроскопия и люминесценция молекулярных систем. Мн.: БГУ, 399с.


Автоматизация оптических измерений

 

Введение. Краткий исторический очерк развития средств автоматизации физического эксперимента. Специфика оптических измерений. Основные компоненты конструкции приборов. Система детектирования. Система управления. Система обработки результатов. Система визуального представления информации.

Микропроцессоры и микропроцессорные системы (микроконтроллеры). Общая характеристика микропроцессоров и микропроцессорных систем (микроконтроллеров). Микроконтроллеры семейства MСS-51. Организация памяти. Программная память. Память данных.

Программирование микроконтроллеров. Способы адресации. Арифметические команды. Логические команды. Пересылка данных. Команды для работы с внешней памятью. Булевские команды. Команды перехода. Примеры программ.

Стандартные интерфейсы связи приборов с компьютером. Интерфейс RS-232C. Передача данных через интерфейс RS-232C. Описание регистров интерфейса RS-232C. Программирование последовательного интерфейса. Параллельный интерфейс. Описание регистров параллельного интерфейса. Программирование параллельного интерфейса. Универсальная последовательная шина USB. Технические характеристики USB 1.1 и USB 2.0.

Вывод экспериментальных данных в графическом виде на экран и на принтер. Создание диаграмм с помощью стандартных средств программирования (Delphi). Вывод графической информации на принтер.

 

Литература

Г.С. Ландсберг. Оптика. М.: Наука.  

В. Б. Бродин, Шагурин И.И. Микроконтроллеры: архитектура, программирование, интерфейс. М.: ЭКОМ

М.К. Буза. Введение в архитектуру компьютеров. Мн. : Бел. гос. Ун-т.

Е.С. Лукач, А.Е. Сибиряков. Архитектура ввода-вывода персональных ЭВМ IBM PC. Свердловск, Инженерно-техническое бюро.

В. А. Скляров. Программирование на языке Ассемблера. М. : Высш. шк. 

А. Я. Архангельский. Программирование в Delphi 5. М.: Бином                        

Пей Ан. Сопряжение ПК с внешними устройствами. М.: «ДМК Пресс». 315 с.

Джордж Смит. Сопряжение компьютеров с внешними устройствами. Уроки реализации. М.: Мир. 266 с.

Агуров П. Последовательный интерфейс ПК. 496 с.

Гук М. Аппаратные интерфейсы ПК. Энциклопедия. СПб.: Питер. 508 с.

Новиков Ю.В., Скоробогатов П.К. Основы микропроцессорной техники. М.: ИНТУИТ.РУ. «Интернет-Университет Информационных технологий». 440 с.

Ю. Ф. Певчев, К. Г. Финоченов. Автоматизация физического эксперимента, М.: Энергоатомиздат.

Однокристальные микроконтроллеры семейства МCS-51. Томск

В.И. Пустоваров. Язык ассемблера в программировании информационных и управляющих систем. Киев: ТОО “Век”; М. : ИЧП “Энтроп”: Фирма “Бином универсал”

К.Г. Финогенов. Основы языка ассемблера. М. : Радио и связь: Горячая линия- Телеком.

А. Я. Архангельский. Разработка прикладных программ для Windows в Delphi 5. М.: Бином

В.В. Фаронов. Delphi 5: Учебный курс. М.: Нолидж.

Сопряжение датчиков и устройств ввода данных с компьютерами IBM PC / Под. ред.: У. Томпкинса, Дж. Уэбстера; Пер. с англ. Ю. А. Кузьмина и др. М.: Мир

М. Тули. Справочное пособие по цифровой электронике. М.: Энергоатомиздат.


Когерентная оптика и голография

 

Когерентные источники оптического излучения. Краткий обзор основных принципов и этапов развития когерентной оптики.

Когерентность световых полей. Общая характеристика достигнутых параметров когерентных источников (мощность, длительность, спектральная ширина, расходимость) и фундаментальные проблемы физики, решаемые с их использованием. Флуктуация равновесного излучении. Связь когерентных свойств со спектральной шириной и размерами источника. Площадь и объем когерентности. Вывод соотношений для площади и объема когерентности, исходя из соотношений неопределенности. Комплексное представление световых полей. Функция взаимной когерентности. Комплексная степень когерентности. Степень когерентности излучения протяженного источника. Звездный интерферометр Майкельсона.

Когерентные свойства излучения, взаимодействующего со средой. Волновое уравнение для функции взаимной когерентности. Когерентность вынужденного излучения. Взаимодействие когерентного и хаотического излучения. Стационарный случай для среднего числа фотонов. Нестационарный случай для среднего числа фотонов. Кинетические уравнения для лазерных фотонов. Распределение лазерных фотонов.

Введение. Основные этапы и направления развития голографии. Основные свойства голограмм. Основные соотношения для голограмм.

Геометрический анализ плоских голограмм. Интерференционная структура голограммы точечного предмета. Свойства восстановленных изображений. Мнимые и действительные (псевдоскопические) восстановленные изображения. Зависимость свойств голографических изображений от условий восстановления. Мнимые и действительные (псевдоскопические) восстановленные изображения. Зависимость свойств голографических изображений от условий восстановления. Геометрический анализ. Интерференционная структура голограмм точечного объекта (схема Габора. Схема Лейта-Упатниекса).

Когерентность света. Требования к когерентности источников при записи и восстановлении голограмм.

Дифракционая эффективность. Дифракционная эффективность плоских и объемных голограмм. Спектральная и угловая селективность плоских и объемных голограмм.

Голограммы Френеля, Фрнгофера, Фурье. Основные схемы записи голограммы Френеля, Франгофера, Фурье и их свойства.

Радужные голограммы. Схема записи, запись мастер-голограммы, запись цветного изображения.

Тесненые голограммы. Цифровая запись голограм. Дот-запись. Запись скрытого изображения.

Фоточувствительные среды. ПФГ, фоторезисты, бихромированный желатин, полимеры

Влияние нелинейности регистрирующей среды на характеристики восстановленных изображений. Анализ учета квадратичного члена по интенсивности в разложении амплитудного пропускания. Характеристика возникающих ложных изображений.

 

Литература

Р. Кольер, К. Беркхард, Л.Лин Оптическая голография.  М., Мир

М. Миллер. Голография. Л-д, Машиностроит.,  М., Мир, 1976

Ю.И. Островский, М.М. Бутусов, Г.В. Островская. Голографическая интерферометрия. М., Наука,1977

М. Борн, Э. Вольф. Основы оптики. М., Наука,

Оптическая голография. Под. Ред. Кауфилда, т.1,2. М.Мир,

Квантовая теория света  Д.Лоудан , Москва, Наука

Ю.И. Островский. Голография и ее применение. М. Мир

Дж. Строук.  Введение в когерентную оптику и голографию М., Наука

Л.М. Сороко. Основы когерентной оптики и голографии. М., Наука


Фотонное эхо и когерентная спектроскопия

 

Введение. Определение когерентной спектроскопии. Обзор основных экспериментов.

Взаимодействие излучения с веществом. Уравнения Максвелла. Укороченное волновое уравнение нелинейной оптики.

Матрица плотности (МП). Понятие матрицы плотности. МП в энергетическом представлении.

Уравнения для МП. Получение уравнений для МП квантовых систем, находящихся в чистых и смешанных состояниях.

Модель Блоха. Вывод уравнений Блоха. Понятие векторной модели. Понятие «площади импульса».

Стационарное решение уравнений Блоха. Решение стационарных уравнений для МП. Фундаментальные аспекты лазерной спектроскопии сверхвысокого разрешения.

Нестационарное решение уравнений Блоха. Метод преобразования Лапласа. Расчет квантовых нутаций.

Нестационарные нелинейно-оптические явления. Расчет сигнала затухания свободной поляризации. Сверхизлучение.  Самоиндуцированная прозрачность. Фотонное эхо. Стимулированное фотонное эхо. Фундаментальные основы оптических методов обработки информации.

 

Литература

Гайсенок В.А. Анизотропия поглощения и люминесценции многоатомных молекул. Мн., из-во БГУ,

Лакович Дж. Основы флуоресцентной спектроскопии. М., «Мир»

Степанов Б.И., Грибковский В.П. Введение в теорию люминесценции. Мн., Из-во АН БССР

Левшин В.Л., Салецкий А.М. Люминесценция и ее измерения. Молекулярная люминесценция.М., Из-во МГУ

Паркер С. Фотолюминесценция растворов. М., «Мир»,

Феофилов М.П. Поляризованная люминесценция атомов, молекул и кристаллов. М., Физматгиз

Чукова Ю.П. Антистоксова люминесценция и новые возможности ее применения. М., «Наука»

Ермолаев В.Е, Бодунов Е.Н., Свешникова Е.Б. Шахвердов Т.А. Безызлучательный перенос электронного возбуждения. Л., «Наука»


Статистическая оптика

 

Введение в статистическую оптику. Предмет и содержание дисциплины. Статистические явления в оптике.

Методы теории случайных функций в оптике. Детерминированное и статистическое описание реальных процессов. Реализации случайного процесса. Статистический ансамбль. Статистическое усреднение. Статистическая независимость. Распределение суммы независимых случайных величин. Центральная предельная теорема. Многомерное нормальное распределение. Стационарные и нестационарные случайные процессы. Корреляционная функция и коэффициент корреляции. Спектральное представление случайного процесса. Связь между спектральной плотностью и корреляционной функцией. Примеры спектров и корреляционных функций. Статистическое усреднение и усреднение по времени. Эргодичность. Методы измерения статистических характеристик стационарных случайных процессов. Случайные поля. Однородные и изотропные случайные поля. Спектры однородных и стационарных случайных полей. Случайная волна. Корреляционные функции двумерных изотропных полей. Световые пучки: поперечная и продольная корреляционные функции. Когерентность: полностью и частично когерентные поля, коэффициент когерентности пучка. Случайные векторные поля. Случайная поляризация. Полностью и частично поляризованные волны.

Модели случайных процессов и полей. Физика возникновения случайных процессов и полей и их математические модели. Гауссовский случайный процесс. Узкополосный стационарный шум. Гауссовский шум. Суперпозиция гармонического сигнала и гауссовского шума. Колебания, модулированные шумом. Амплитудная модуляция. Фазовая модуляция. Частотная модуляция. Статистика уширения спектральных линий в оптике. Естественная ширина спектральной линии. Уширение спектральных линий в газе, доплеровское уширение. Уширение спектральных линий молекул в жидкости. Многомодовая модель случайного процесса. Статистика многомодового стационарного гауссовского шума. Многомодовое лазерное излучение. Временная статистика излучения многомодового лазера. Частичная и полная синхронизация мод. Пространственная когерентность излучения лазера.  Измерение пространственной когерентности. Поперечные корреляционные функции. Измерение временной когерентности. Фурье-спектроскопия. Пространственно-временные аналогии.

Случайные волны в линейных средах. Метод медленно меняющихся амплитуд в теории распространения волн. Плоские шумовые волны, первое и второе приближение теории дисперсии. Влияние дисперсии на продольную корреляцию.

Волновые пучки. Дифракция случайных волн. Дифракционное изменение радиуса корреляции. Теорема Ван-Циттера – Цернике.

Квантовая теория лазера. Основные уравнения. Статистика фотонов. Спектр флуктуаций интенсивности. Ширина линии генерации.

Фотоотсчеты в случайном световом поле. Формула Манделя. Статистика фотоотсчетов в поле теплового и лазерного излучения. Обратная задача: нахождение статистики поля из распределения фотоосчетов.

 

Литература

С.А. Ахманов, Ю.Е. Дьяков, А.С. Чиркин «Введение в статистическую радиофизику и оптику», Наука

Дж. Гудмен  «Статистическая оптика», Мир

М.Борн, Э. Вольф «Основы оптики», Наука

Р. Лоудон «Квантовая теория света», Мир

О’Нейл «Введение в статистическую оптику», Мир

Р. Глаубер «Оптическая когерентность и статистика фотонов»

Я. Перина Квантовая статистика оптических явлений


Квантовая оптика

 

Квантовая теория излучения. Квантование свободного электромагнитного поля. Фоковские состояния или представление чисел заполнения.

Когерентные и сжатые состояния поля. Когерентное состояние как собственное состояние оператора уничтожения и смещенное состояние гармонического осциллятора. Свойства когерентных состояний.

Физика сжатого состояния. Сжатые состояния и соотношения неопределенностей. Получение сжатых состояний с помощью нелинейных оптических процессов. Перепутанные состояния и методы их получения.

Взаимодействие атома с электромагнитным полем – квантовая теория. Гамильтониан взаимодействия атома с полем. Взаимодействие одиночного двухуровневого атома с одномодовым полем. Метод амплитуд вероятности.

Метод оператора Гейзенберга. Метод унитарного оператора эволюции.

Эффекты атомной когерентности. Когерентное пленение населенностей, электромагнитно-индуцированная прозрачность. Лазерная генерация без инверсии.

 

Литература

М.Скалли, М. Зубайри «Квантовая оптика», М. Физматлит

Р. Лоудон «Квантовая теория света», Мир

Л. Мандель, Э. Вольф «Оптическая когерентность и квантовая оптика», М. Физматлит

Дж. Клаудер, Э. Сударшан «Основы квантовой оптики»

Р. Глаубер «Оптическая когерентность и статистика фотонов»

Я. Перина «Квантовая статистика оптических явлений»

D. Walls, G. Milburn “Quantum optics”

C. Gardiner, P. Zoller “Quantum noise”


Лазерная обработка материалов

 

Технологические лазеры для обработки материалов. Основные принципы устройства и классификация технологических лазеров. Схемы и конструкции технологических лазеров. Оптика технологических лазеров. Фокусировка лазерного излучения

Плазменные процессы при лазерной обработке. Возникновение и развитие лазерной плазмы. Особенности плазменных процессов при лазерной обработке в защитных газах. Экранирующее действие лазерной плазмы.

Тепловые процессы в металлах при лазерной обработке. Передача энергии излучения обрабатываемым материалам. Теплофизические показатели лазерной обработки. Методы теоретического исследования тепловых полей при лазерной обработке.

Технологическая прочность металлов при лазерной обработке. Особенности образования горячих и холодных трещин при лазерной сварке. Формирование и кристаллизация шва при лазерной сварке. Деформации и напряжения при лазерной обработке.

Методы поверхностной лазерной обработки. Классификация методов поверхностной лазерной обработки. Закономерности формирования структуры сплавов при лазерной термообработке поверхностей. Термическое упрочнение поверхностей лазерным излучением. Основные параметры  лазерной закалки непрерывным и импульсным лазерным излучением.

Лазерное оплавление поверхностей сплавов. Получение поверхностных покрытий с применением лазерного излучения. Примеры применения лазеров для поверхностной обработки.

Лазерная сварка. Методы лазерной сварки и их физические особенности. Основы технологии лазерной сварки. Лазерная сварка различных конструкционных материалов. Двухлучевая лазерная сварка. Гибридные методы лазерной сварки

Лазерная резка. Механизмы газолазерной резки металлов. Особенности лазерной резки непрерывным и импульсно-периодическим излучением. Технологические закономерности процесса газолазерной резки металлов. Особенности лазерной резки неметаллических материалов. Технологические параметры процесса. Размерная обработка материалов лазерным излучением. Примеры использования лазерной резки.

 

Литература

А.Г. Григорянц. Основы лазерной обработки материалов,

Н.Н. Рыкалин, А.А. Углов, И.В. Зуев, А.Н. Кокора. Лазерная и электронно-лучевая обработка материалов, М.: Машиностроение.

А.Г. Григорянц, А.Н. Сафонов. Методы поверхностной лазерной обработки, М.: Высшая школа

А.Г. Григорянц, И.Н. Шиганов. Лазерная сварка металлов, М.: Высшая школа

А.Г. Григорянц, А.А.Соколов. Лазерная резка металлов, М.: Высшая школа

В.С. Голубев, Ф.В. Лебедев. Физические основы технологических лазеров, М.: Высшая школа

В.С. Голубев, Ф.В. Лебедев. Инженерные основы создания технологических лазеров, М.: Высшая школа

А.Г. Григорянц, А.Н. Сафонов. Основы лазерного термоупрочнения сплавов, М.: Высшая школа


Молекулярная спектроскопия и люминесценция

 

Электронные спектры двухатомной молекулы. Формирование колебательных полос. Колебательная энергия нижнего и верхнего электронных состояний. Система полос Деландера. Общий вид полос в электронно-колебательных спектрах.

Принцип Франка-Кондона для двухатомной молекулы. Потенциальные кривые верхнего и нижнего электронных состояний. Классический и квантовый вариант принципа Франка-Кондона. Расчет интенсивности электронно-колебательных полос.

Химические связи в двухатомной молекуле. Перекрывание электронных облаков соседних атомов  

 и 

 - связи в молекуле. Молекулярные электронные оболочки. Уровни энергии связывающих  и разрыхляющих орбиталей.

Примеры химических связей в простейших двухатомных молекулах.

-связи в молекулах Н2 и Не2.

 и 

-связи в других многоэлектронных молекулах (Li2, O2, N2, F2 и др.).

Метод молекулярных орбиталей. Образование молекулярных оболочек. Составление молекулярных орбиталей как суммы атомных орбиталей (МО=ЛКАО). Связывающие и разрыхляющие орбитали. Кулоновские  и резонансные интегралы. Интегралы перекрывания. Энергия устойчивого состояния  молекулы.

Расчеты электронных состояний молекул водорода и азота. Выбор интегралов перекрывания. Приближение Хюккеля. Выбор молекулярной волновой функции. Сравнение результатов расчета с опытом.

Классификация  электронных состояний молекулы как целого как целого. Орбитальное квантовое число как характеристика проекции орбитального момента на ось молекулы. Различные состояния молекулы. Мультиплетность состояний.

Классификация отдельных электронов в молекуле. Молекулярные электронные оболочки.  Общее электронное состояние молекулы как сумма отдельных электронных состояний.

  и 

 - электроны в молекуле. Связывающие   и разрыхляющие электроны.

Электронно-колебательно-вращательные спектры двухатомных молекул. Вращательная структура электронно-колебательных полос. Различные ветви электронно-колебательно-вращательных полос. ( О, Р, Q, R  и S  ветви). Канты полос. Особенности интенсивности полос.

Правила отбора в электронно-колебательно-вращательных спектрах. Связь вращения с электронным движением. Правила отбора по орбитальному квантовому числу. Правила отбора по симметрии. Различные типы связи по Гунду (связи орбитального движения с вращением).

Электронные спектры многоатомной молекулы. Спектры поглощения и испускания. Формирование спектра многоатомной молекулы. Спектры поглощения и испускания. Сплошные, полосатые и дискретные спектры. Зеркальное подобие спектров.

Соотношение между спектрами поглощения и испускания. Универсальное соотношение Б.И. Степанова. Зеркальность спектров поглощения и спускания. Правило зеркальной симметрии Левшина. Универсальное соотношение Б.И. Степанова.

Химические связи в многоатомных молекулах.  

    и 

  - электроны в органических молекулах. Гибридизация молекулярных орбиталей(sp, sp2 и sp3-гибридизация). Метод молекулярных орбиталей.

Молекулярные орбитали в молекулах воды,  формальдегида  и бензола. Одинарные и полуторные связи в молекулах бензола. Симметрия молекулярных орбиталей (заполненных и незаполненных), симметрия электронных состояний.

Принцип Франка-Кондона для многоатомной молекулы. Формулировка принципа Франка-Кондона. Сохранение симметрии молекулы при электронном переходе. Интенсивность вибронных переходов. Квантово-механический подход к расчету вероятности переходов.

Электронные спектры поглощения молекул в газовой фазе. Спектры поглощения бензола, нафталина и антрацена. Интенсивности чисто электронных переходов. Заимствование интенсивности. Эффект Герцберга-Теллера.

Спектроскопия межмолекулярных взаимодействий.  Универсальные взаимодействия в конденсированных средах. Величина индукционных, ориентационных и дисперсионных взаимодействий в растворах. Сдвиги максимумов полос в спектрах.

Однородное и неоднородное уширение полос в электронных спектрах молекул. Величины однородных и неоднородных уширений полос в спектрах. Влияние неоднородного уширения на спектроскопические характеристики молекул (поляризация. длительность возбужденных состояний , процессы миграции энергии и др.)

Электронные спектры молекул в кристаллических матрицах. Квазилинейчатость спектров в кристаллических матрицах.. Эффект Шпольского. Характер "мультиплетности" линий в квазилинейчатых средах.

Электрон-фононное взаимодействие в матрицах и его влияние на спектры поглощения и испускания. Температура зависимость ширины и интенсивности квазилиний в спектрах поглощения и флуоресценции в эффекте Шпольского.

Люминесценция как явление и как наука. Определение люминесценции. Недостаточность классического определения люминесценции. Основные характеристики люминесценции.

Квантовый и энергетический выходы люминесценции. Зависимость энергетического выхода от длинны волны люминесценции. Закон С.И. Вавилова. Различные записи квантового выхода через скорости переходов. Методы измерения квантовых выходов.

Длительность возбужденного состояния(флуоресценции и фосфоресценции). Закон затухания флуоресценции и фосфоресценции. Связь квантовых выходов с длительностью процессов. Методы измерения длительностей.

Поляризация флуоресценции растворов. Формулы Левшина-Перрена о зависимости поляризации от внешних и внутренних параметров. Анизотропия испускания.

Поляризационные спектры по поглощению и испусканию. Предельная степень поляризации флуоресценции, деполяризующие факторы. Влияние температуры и строения молекул на поляризацию флуоресценции.

Миграция энергии возбуждения в растворах красителей. Механизм миграции энергии возбуждения. Индуктивно-резонансный перенос энергии в растворах и его зависимость от концентрации растворенного вещества.

Неоднородное уширение спектров молекул в растворах и его влияние на процессы миграции. Энергия возбуждения. Неоднородное  уширение спектров растворов. Влияние неоднородного уширения на поляризацию люминесценции и τ возбужденного состояния. Рост миграции энергии при этом.

Спектры поглощения и флуоресценции активированных кристаллов. Спектры поглощения кристаллов, активированных ионами с незаполненными d- и f-оболочками. Флуоресценция этих ионов. Лазерные переходы для этих ионов.

Влияние кристаллического поля на величины расщепления d- и f-уровней энергии в ионах активаторах. Величины расщепления уровней энергии в полях различной симметрии и силы поля. Особенности спектров.

Спектры поглощения и флуоресценции органических кристаллов. Спектры поглощения и флуоресценции кристаллов бензола, нафталина и антрацена. Возникновение Эффектов Френкеля. Экситонная люминесценция.

Спектры поглощения полупроводниковых кристаллов. Экситон Ванте -Мотта. Зонное поглощение полупроводниковых кристаллов. Возникновение экситонных состояний локальных поглощений.

Спектры излучения полупроводниковых кристаллов. Свободные и локализованные экситоны. Экситонная люминесценция полупроводников. Рост фононной подсистемы на процессы испускания в полупроводниках.

 

Литература

Ельяшевич М.А. Атомная и молекулярная спектроскопия. М. ГИФМЛ

Барковский Н.Б., Комяк А.И., Умрейко Д.С. Симметрийные представления в спектроскопии молекул. Мн., Из-во «Университетское»

Бенуэлл К. Основы молекулярной спектроскопии. М. «Мир»

Гайсенок В.А. Анизотропия поглощения и люминесценции многоатомных молекул. Мн., из-во БГУ,

Борисевич Н.А. Возбужденные состояния сложных молекул в газовой фазе. Мн., Из-во «Наука» и  техника»

Спектроскопия и дингамика возбуждений в конденсированных молекулярных системах. (Под ред. Аграновича и Хохштрассера Р.М.) М.,

Грибковский В.П. Теория поглощения и испускания света в полупроводниках. Мн, из-во  «Наука и техника»

Давыдов А.С. Теория молекулярных экситонов. М

Каминский А.А., Аминов Л.М., Ермолаев В.Л. и др. Физика и спектроскопия лазерных кристаллов. М., Наука


Атомный спектральный анализ

 

Введение. Возбуждение спектра в атомном анализе. Возбуждение спектра. Термодинамическое равновесие в плазме. Интенсивность спектральных линий. Зависимость интенсивности линий от энергии возбужденного уровня, температуры плазмы, концентрации атомов и ионов.

Методы атомно-эмиссионного спектрального анализа. Источники атомизации вещества. Дуга постоянного тока. Электрические характеристики дугового разряда. Основные параметры плазмы дуги. Испарение пробы, атомизация вещества. Процессы в плазме дуги, влияющие на интенсивность спектральных линий. Метрологические характеристики дугового разряда.

Низковольтная активизированная дуга переменного тока. Электрические характеристики дугового разряда. Основные параметры плазмы дуги. Температура и электронная плотность дуги. Механизмы испарения и парообразования вещества.

Высоковольтная конденсированная искра. Электрическая схема. Электрические характеристики высоковольтной искры. Температура искры. Испарение пробы. Интенсивность спектральных линий в искровом разряде. Практическое применение и метрологические характеристики.

Плазмотрон. Принципы работы плазмотрона. Температура и электронная концентрация. Влияние параметров плазмы на интенсивность спектральных линий.

Пламена. Структура пламени, температура и состав. Излучение пламени. Факторы влияющие на парообразование и атомизсцию вещества. Степень ионизации. Влияние состава пробы на атомизацию. Аналитическое применение пламен и метрологические характеристики.

Высокочастотная индуктивно-связанная плазма. Схема горелки высокочастотной индуктивно-связанной плазмы. Испарение, атомизация пробы и возбуждение спектров испускания. Влияние параметров на интенсивность спектральных линий и пределы обнаружения. Аналитическое применение.

Полый катод. Газоразрядные трубки пониженного давления. Испарение пробы. Аналитическое применение полого катода и метрологические характеристики.

Сверхвысокочастотный микроволновый разряд. Принцип работы. Аналитическое применение СВЧ разряда и метрологические характеристики. 

Спектрографический и спектрометрический методы анализа. Аппаратура. Качественный, полуколичественный и количественный анализ. Токопроводящие и токонепроводящие материалы. Растворы.

Лазерные спектральный анализ. Принцип работы. Испарение твердых мишеней. Начальное состояние и динамика разлета лазерной плазмы. Процессы рекомбинации в лазерной плазме. Аналитические возможности лазерного спектрального анализа.

Атомно-флуоресцентный метод анализа. Принцип метода. Аппаратурное оформление. Аналитические характеристики.

Атомно-абсорбционный спектральный анализ. Введение. Основы метода. Атомизация пробы в пламени. Аппаратура. Некоторые метрологические характеристики атомно-абсорбционного анализа в пламени. Мешающие влияния. Атомно-абсорбционный анализ с электротермическим способом атомизации пробы. Типы электротермических атомизаторов. Ход анализа. Характеристики аналитических сигналов и их измерение. Механизмы испарения и атомизации пробы в графитовых печах. Аналитические характеристики и применения метода с ЭТА.

Метрологические характеристики методов спектрального анализа. Основные метрологические характеристики. Аддитивные и мультипликативные помехи, случайные и систематические погрешности, скедастические кривые. Оценка минимального аналитического сигнала. Расчет предела обнаружения. Шумы в спектральных методах анализа.

Стандарты в спектральном анализе. Методы определения концентраций элементов в пробе. Требования к стандартным образцам. Приготовление СО.

 

Литература

Ю.Я.Кузяков, К.А.Семененко, Н.Б.Зоров. Методы спектрального анализа. Изд-во МГУ.

А.Н.Зайдель, Г.В.Островская, Ю.И.Островский. Техника и практика спектроскопии. М.

Т.Терек, И.Мика, Э.Гегуш. Эмиссионный спектральный анализ. Т1 и 2. М.

Н.И.Тарасевич, К.А.Семененко, А.Д.Хлыстова. Методы спектрального и химикоспектрального анализа. Изд-во МГУ. М.

Спектроскопические методы определения следов элементов. Под. ред. Дж. Вайнфордера. Л.

И.Г.Юделевич, Л.М.Буянова, И.Р.Шелпакова. Химико - спектральный анализ веществ высокой чистоты.  Изд-во “Наука”. Новосибирск.

Л.Т. Сухов. Лазерный спектральный анализ. Изд-во “Наука”. Новосибирск.

Спектральный анализ чистых веществ. Под ред. Х.И.Зильберштейна. Л.

Я.Д.Райхбаум. Физические основы спектрального анализа. Изд-во «Наука». М.

А.Н.Зайдель, В.Е.Прокофьев, С.М.Райский, В.А.Славный. Е.Я.Шрайдер. Таблицы спектральных линий. Справочник. М.


Оптоэлектроника

 

Введение. Основные понятия и элементы оптоэлектроники. Фотоэлектронная и вторично-электронная эмиссия. Физические основы внешнего и внутреннего фотоэффекта. Эффективные и неэффективные материалы для использования в приборах с внешним фотоэффектом.

Фотоэлементы с внешним фотоэффектом. Устройство ФЭ. Фотокатоды. Аноды. Шумы ФЭ. Электрические, оптические и частотные характеристики. Типы. Спектральные ФЭ. Временные ФЭ. Режимы работы.

Фотоэлектронные умножители. Конструкции. Основные параметры. Источники питания. Типы и режимы работы ФЭУ ( временные, спектрометрические и для счета фотонов).

Фотоэлектронные умножители. Канальные и микроканальные ФЭУ. Устройство. Основные параметры. Питание. Режимы работы.

Фотоэлементы с внутренним фотоэффектом. Фоторезисторы. Устройство. Эффективные и неэффективные материалы. Электрические и оптические характеристики. Питание.

Фотоэлементы с внутренним фотоэффектом. Вентильные фотоэлементы. Условия образования фото-э.д.с. Фотодиоды. Устройство. Режимы работы. Электрические и оптические характеристики. Многоэлементные приемники.

Приемники излучения на основе приборов с зарядовой связью. Принцип действия и конструкция. Основные параметры и характеристики приемников на ПЗС. Многоэлементные приемники. Применение приборов на основе переноса заряда.

Тепловые приемники. Термоэлементы. Эффект Зеебека. Материалы для термопар. Электрические и оптические характеристики.

Болометры. Болометрический эффект. Материалы для болометров. Электрические и оптические характеристики.

Пироэлектрические приемники. Пироэлектрический эффект. Материалы для приемников. Электрические и оптические характеристики.

Согласование приемников с источниками оптических сигналов, усилителями и регистрирующими приборами. Согласование характеристик оптического сигнала и приемника излучения. Согласование по спектральным свойствам. Согласование приемников по внутреннему сопротивлению с усилителями. Согласование по инерционным свойствам. Принципы построения согласующих каскадов.

 

Литература

Н.А.Соболева. А.Е.Меламид. Фотоэлектронные приборы. - М.:Высшая школа.

Полупроводниковые фотоприемники. Под ред. В.И.Стафеева. - М.: Радио и связь.

Л.И.Фукс-Рабинович, М.В.Епифанов. Оптико-электронные приборы. - Ленинград.: Машиностроение.

Ю.Г.Якушенков. Основы теории и расчета оптико-электронных приборов. - М.: Советское Радио.

И.И.Анисимова, Б.М.Глуховский. Фотоэлектронные умножители. -М.: Советское Радио.

М.Д.Аксененко, М.Л.Бараночников. Приемники оптического излучения. Справочник. -М.: Радио и связь.

Фотоприемники видимого и ИК диапазонов. Под. ред. Р. Дж. Киеса. - М.: Радио и связь.

Справочник по приемникам оптического излучения. Под. ред. Л.З.Криксунова и Л.С.Кременчугского. - Киев. :Техника.


Лазеры и лазерные системы

 

Введение. Устройство и основные элементы твердотельных лазеров. Активные элементы (состав, методы выращивания, условные обозначения, спектральные, оптические и генерационные  характеристики).

Резонаторы. Конструкция резонатора. Типы резонаторов. Зеркала. Требования к качеству изговления подложек зеркал. Изготовление отражающих покрытий (коэффициенты отражения металлических отражающих слоев, элементы однолучевой и многолучевой интерференции, изготовление просветляющих и отражающих многослойных интерференционных зеркал). Требования к юстировке резонаторов различных типов.

Системы оптической накачки. Конструкция газоразрядных ламп для оптической накачки активных элементов. Обозначения. Характеристики газов для заполнения ламп. Влияние вида и давления газа на оптический выход. Спектральное распределение оптического излучения и зависимость его от вводимой энергии. Электрические и световые параметры газоразрядных ламп для оптической накачки. Светодиодная накачка.

Источники питания импульсных ламп накачки. Блок- схема источников питания. Накопители. Системы зарядки накопителей. Разрядный контур. Управление параметрами зарядки. Требования к поджигу ламп. Системы поджига (параллельный, последовательный, дежурная дуга).

Отражатели. Констукции отражателей (цилиндрического, эллиптического, полиэллиптичских, по принципу плотной упаковки). Изготовление отражателей и отражательных покрытий (зеркальных, диффузных). Методы повышения кпд отражателей.

Системы термостабилизации активного вещества лазеров. Способы термостабилизации. Замкнутые жидкостные и газовые системы охлаждения. Характеристики и требования к жидкостным и газовым хладоагентам. Конструкции контактных систем охлаждения твердотельных активных элементов.

Газовые лазеры малой и средней мощности. Атомарные газовые лазеры. Конструкции излучателей. Требования к материалам для изготовления газоразрядной трубки и окошек гелий-неонового лазера. Общее давление смеси газов гелия и неона, и их оптимальное соотношение. Влияние диаметра капилляра на эффективность работы лазера. Обоснование оптимального произведения общего давления газовой среды на диаметр капилляра. Методы селекции излучения. Коэффициенты усиления и требования к коэффициентам отражения зеркал для различных линий генераций.

Молекулярные газовые лазеры. Конструкции излучателей. Требования к материалам для изготовления газоразрядной трубки и окошек лазера ИК диапазона на СО2 . Общее давление смеси газов гелия, азота и углекислого газа, и их оптимальное соотношение. Влияние диаметра капилляра на эффективность работы лазера. Обоснование оптимального произведения общего давления газовой среды на диаметр капилляра. Методы селекции излучения. Коэффициенты усиления и требования к коэффициентам отражения зеркал для различных линий генераций.

Ионные газовые лазеры. Конструкции излучателей. Требования к материалам для изготовления газоразрядной трубки и окошек аргонового лазера. Эффект увеличения давления газа у  катода при работе лазера и его устранение. Влияние величины магнитного поля на генерационные характеристики. Влияние давления на эффективность генерации. Влияние диаметра капилляра на эффективность работы лазера. Обоснование оптимального произведения общего давления газовой среды на диаметр капилляра. Методы селекции излучения. Коэффициенты усиления и требования к коэффициентам отражения зеркал для различных линий генераций.

Источники питания непрерывных газовых лазеров. Характеристики тлеющего и дугового разряда. Обоснование выбора типа источника питания для лазеров, использующих тлеющий разряд для возбуждения газовой среды (атомарные, молекулярные) и дуговой (ионные). Электрические схемы питания тлеющего  разряда ( стабилизация с помощью балластного резистора, параметрические стабилизаторы тока, умножители напряжения). Управляемые выпрямители как источники питания дугового разряда.

Лазеры  на самоограниченных переходах. Требования  к активным средам. Лазер на молекулярном азоте. Конструкции лазерных головок с продольной, поперечной накачкой. Повышение мощности генерации за счет повышения давления газа и явления контракции разряда. Методы устранения возможности контракции разряда. Источники получения высоковольтных наносекундных электрических импульсов  для возбуждения генерации. Требования к конденсаторам. Методы повышения частоты повторения импульсов генерации.

Внутрирезонаторное управление параметрами  излучения лазера. Принципы работы лазеров с модулированной добротностью. Механические модуляторы (дисковые, призменные) и их характеристики. Электрооптические модуляторы на эффекте Поккельса и их характеристики. Фототропные затворы на растворах красителей. Требования к красителям.

Селекция мод.

Принципы селекции мод (внутрирезонаторные и внерезонаторные селекторы и требования к ним). Селекция поперечных мод (внутрирезонаторная- растройкой резонатора, введением диафрагмы, призмы полного внутреннего отражения, внерезонаторная - введением диафрагмы). Селекция продольных мод ( внутрирезонаторная и внерезонаторная ).

Генерация мощных и сверхмощных импульсов. Методы построения  оптических схем мощных и свермощных лазерных установок. Усилители лазерного излучения. Элементы развязки (затворы на эффектах Покельса и Фарадея). Методы деления лучи задающего лазера на n-ое количество каналов усиления. Твердотельные лазеры. Лучевая прочность твердотельных сред. Газовые лазеры (лазеры на СО2 и J).

 Методы юстировки лазеров. 1 ч. Требования к юстировке различных типов лазеров (твердотельные- рубин, гранат, стекло, газовые). Автоколимационный метод юстировки (устройство АКТ-200, предел юстировки). Юстировка методом оптического рычага с помощью вспомогательного гелий-неонового лазера. Интерференционный метод юстировки.

Полупроводниковые лазеры. Инжекционные лазеры. Гомолазеры. Гетеролазеры

Измерения параметров лазеров. Методы измерения энергии и мощности лазеров. Измерители мощности. Измерение расходимости лазерного излучения (понятие о ближней и дальней зонах). Временные измерения.

Техника безопасности при работе с лазерами. Физиологические эффекты. Санитарные нормы и стандарты безопасной работы с лазерами и лазерным излучением. Основные требования и ограничения к защитным устройствам при работе с лазерным излучением. Дозиметрия лазерного излучения.

 

Литература

Ю.В.Байбородин. Введение в лазерную технику. -Киев.: Техника.

С.Г.Рябов, Г.Н.Торопкин, И.Ф.Усольцев. Приборы квантовой электроники. -М.:  Радио и связь.

И.И.Пахомов, О.В.Рожков, В.Н.Рождествин. Оптики-электронные квантовые приборы. - М.: Радио и связь.

Дж. Реди. Промышленные применения лазеров. - М.: Мир.

О.Звелто. Принципы лазеров. - М.: Мир.

Ф. Качмарек. Введение в физику лазеров. - М.: Мир.

В.И.Донин. Мощные ионные лазеры. - Новосибирск.: Наука.

В.Виттеман. СО2-лазер.  - М.:Мир.

Н.И.Коротеев, И.Л.Шумай. Физика мощного лазерного излучения.- М.:Наука.

Технологические лазеры. В 2 томах. - М.:Машиностроение.


Молекулярный спектральный анализ

 

Общие вопросы прикладной молекулярной спектроскопии. Основной круг задач междисциплинарной Аналитики. Типовые задачи аналитической спектроскопии. Фудаментальная и  прикладная части. Элементный анализ, молекулярный анализ, структурно-групповой анализ, определение чистоты вещества, изотопный анализ. Терминология. Возможности молекулярной спектроскопии. Выбор аналитических областей. Использование всей информации, содержащейся в спектре. Мешающее излучение, его природа и учет. Селективные фильтры. Проверка линейности шкалы ординат. Измерение интенсивности в спектрах испускания, использование эталонных источников. Измерение интенсивности в спектрах поглощения, закон Бугера. Область выполнимости, причины отклонений. Единицы коэффициента поглощения.

Абсорбционная спектроскопия колебаний молекул. Методы измерения и применения в практике колебательных спектров поглощения ,жидкостей, кристаллов в области фундаментальных частот и обертонов. Методы измерения спектров поглощения неоднородных образцов - иммерсия, KВr-техника. 

Спектры комбинационного рассеяния. Применение спектров комбинационного рассеяния. Прикладные аспекты анализа веществ по спектрам КР. Новые методы в спектроскопии комбинационого рассеяния.

Спектроскопия отражения.  Определение оптических постоянных вещества по спектрам внешнего отражения. Методы измерения при нормальном отражении, при вариации углов и/или состояния поляризации пучка. Использование уравнений связи между постоянными. Спектроскопия ослабленного внутреннего отражения. Однократное и многократное отражение. Материалы для изготовления элементов ОВО. Оптические схемы приставок ОВО и МОВО. Область применимости.

Спектроскопия диффузного отражения. Спектроскопия диффузного отражения. Методы измерения спектров поглощения неоднородных образцов - иммерсия, KВr-техника. Спектроскопия диффузного рассеяния. Относительный вклад зеркального отражения и пропускания, ослабленного поглощением.

Спектроскопия электронного поглощения молекул. Прикладные аспекты электронной спектроскопии молекул. Спектры поглощения и испускания молекул разной степени сложности. Абсорбционная спектроскопия. Спектрофотометры. Одно- и двухлучевые схемы. Использование многоэлементных фотоприемников. Применение абсорбционного анализа в химии, медицине и др. Абсорбционный анализ ионов металлов в растворах с использованием красителей – адсорбционных индикаторов.

Чувствительность и избирательность методов.  Прикладные аспекты высокоселективной тонкоструктурной спектроскопии.

Люминесцентная спектроскопия. Люминесценция. Основные закономерности люминесценции сложных органических молекул (спектры, времена затухания, поляризация, флуоресценция и фосфоресценция). Молекулярный люминесцентный анализ. Методы (собственная люминесценция, химическое превращение детектируемых соединений в люминесцирующие, люминесцентные индикаторы и др.). Аппаратура для люминесцентных исследований. Применения в биологии, медицине, экологии, промышленности. Люминесцентный анализ в геологии. Люминесценция кристаллов. Люминесцентное исследование в лазерном материаловедении.

Кинетическая спектроскопия. Люминесцентная кинетическая спектроскопия (ЛКС). Аналитические аспекты ЛКС. Аппаратура для ЛКС. Статистический одноквантовый метод. Спектрофлуорометры. Фазовые флуорометры. Аналоговые методы регистрации законов затухания при импульсном возбуждении. Области применимости методов. Факторы, определяющие временное разрешения. Методы возбуждения и зондирования. Применение кинетической спектроскопии. Специальные задачи. Дистанционный анализ. Оптоволоконные  системы.

Новые методы и приборы для молекулярной спектроскопии. Оптические сенсоры (датчики) — оптоволоконные, адсорбционные, молекулярное узнавание. Фотоника. Интегральные датчики. Сверхчувствительные методы.

 

Литература

Л.В. Левшин, А.М. Салецкий. Оптические методы исследования молекулярных систем.

Н. Харрик. Спектроскопия внутреннего отражения.

В.А. Кизель. Отражение света.

А. Андерсон. Применение спектров комбинационного рассеяния.

Дж. Лакович. Основы флуоресцентной спектроскопии.

И.Я. Берштейн, Ю.Л. Каминский. Спектрофотометрический анализ в органической химии.

К.И. Тарасов. Светосильные спектральные приборы.

А. Смит. Прикладная ИК спектроскопия.

Л.В.Левшин, А.М.Салецкий. Люминесценция и ее измерение. М., МГУ

С.Паркер. Фотолюминесценция растворов. М., Мир

Фудзинага С. Метод молекулярных орбиталей. М.: Мир

Цюлике П. Квантовая химия. М.: Мир

Мак-Вини Р., Сатклиф Б., Квантовая механика молекул. М.: Мир


Применение лазеров в медицине

 

Введение. Введение в лазерную медицину. Исторический очерк развития светотерапии. Три этапа развития. Особенности взаимодействия излучения с биотканями. Основные процессы определяющие взаимодействие лазерного излучения с биотканями.

Оптика биотканей. Основные компоненты биотканей и спектры их поглощения. Особенности описания прохождения света в биоткани. Распространение света в тканях с преобладанием поглощения. Распространение света в тканях с преобладанием рассеяния. Понятие о многослойных моделях. Методы измерения параметров биотканей.

Основы лазерной хирургии. Основные задачи описания хирургического воздействия. Основные механизмы разрушения твердых биотканей. Основные модели прозрачных биотканей. Механизмы разрушения прозрачных биотканей. Аппаратура для лазерной хирургии.

Лазерные методы исследования и диагностики. Классификация оптических методов в оптической диагностике. Оптическая микроскопия. Спектроскопические методы. Макро и микродиагностика. Оптическая биопсия.

Лазерная терапия. Низкоинтенсивная лазерная терапия. Основные виды. Механизмы НИЛТ.

Фотодинамическая терапия онкозаболеваний. Фотодинамическая терапия. Основные параметры. Фотосенсибилизаторы и перспективы ФДТ. Методы и аппаратура для диагностики и терапии. Методы регистрации областей локализации по лазерновозбуждаемой флуорнесценции и рассеянию.

 

Литература

Лазеры в клинической медицине.М.,.(Сб. статей).

Применение методов и средств лазерной техники в биологии и медицине. Киев.(Сб. статей).

А.С. Крюк, В.А.Мостовников, И.В.Хохлов, Н.С. Сердюченко. Терапевтическая эффективность низкоинтенсивного лазерного излучения. Минск.Наука и техника.

Лазеры, плазменный скальпель в неотложной абдомальной хирургии. Минск, Навука i тэхнiка

Тучин В.В.Основы взаимодействия низкоинтенсивного лазерного излучения с биотканями: дозиметрический и диагностический аспекты. Изв. АНРФ , Сер.физ., 1995 г, т.59, №6.

Лазеры в клинической медицине. Руководство для вврачей./Под ред. С.Д.Плетнева.-М.:Медицина. 432 с.

А.В. Приезжаев, В.В. Тучин, Л.П. Шубочкин. Лазерная диагностика в биологии и медицине.М Наука.

В.Е. Илларионов. Основы лазерной терапии. М. 123 с.

Справочник по лазерной технике.М., “Энергоатомиздат”. Пер. с нем. Под ред. А.П. Напартовича.

С.Г. Рябов, Г.Н. Торопкин, И.Ф. Усольцев. Приборы квантовой электроники.М: “Радио и связь”

И.М. Гулис. Лазерная спектроскопия. БГУ, 187с.

Под ред. Воропая Е.С., Соловьева К.Н. ,Умрейко Д. С. Спектроскопия и люминесценция молекулярных систем. Мн.: БГУ, 399с.

Лебедева В.В. Техника оптической спектроскопии. -М., Машиностроение


Приборы для спектроскопии

 

ФУРЬЕ-СПЕКТРОМЕТРЫ. ОСНОВНЫЕ ЭТАПЫ РАЗВИТИЯ ФУРЬЕ-СПЕКТРОСКОПИИ. Фурье-спектрометр – оптический коррелометр.

Выигрыш Жакино. Выигрыш Фелжета. Выигрыш Конна. Вычислительная техника в фурье-спектроскопии. Современные фурье-спектрометры. ОСНОВЫ ТЕОРИИ ИНТЕРФЕРОМЕТРИИ. Идеальный двухлучевой  интерферометр. Реальный фурье-спектрометр.

Конечная протяжённость зарегистрированной интерферограммы. Дискретная регистрация интерферограмм. Протяжённый источник излучения. Искажения в интерферограмме  и в восстанавливаемом спектре, обусловленные дефектами оптических элементов интерферометра. Эффекты разъюстировки интерферометра. БЫСТРОЕ СКАНИРОВАНИЕ В ФУРЬЕ-СПЕКТРОМЕТРИИ.          Принцип быстрого сканирования оптической разности хода. Требования  к стабилизации скорости перемещения подвижного отражателя в интерферометре фурье-спектрометра. Метод накопления интерферограмм с целью повышения отношения сигнал/шум в восстанавливаемом спектре. Исследования динамики быстротекущих  процессов методами фурье-спектроскопии.  ВОССТАНОВЛЕНИЕ СПЕКТРА. Аподизация. Фазовая коррекция. Вычисление спектра по двухсторонней интерферограмме. Математическая фильтрация. Быстрое преобразование Фурье. Альтернативные методы спектрального оценивания.

МНОГОЩЕЛЕВЫЕ И РАСТРОВЫЕ ДИФРАКЦИОНЫЕ СПЕКТРАЛЬНЫЕ ПРИБОРЫ. ОПТИЧЕСКАЯ СИСТЕМА ДИФРАКЦИОННЫХ СПЕКТРАЛЬНЫХ ПРИБОРОВ. Расчёт и компенсация аберраций зеркальной сферической оптики. Выбор оптической схемы прибора.

Расчёт и компенсация аберраций дифракционной решётки. МНОГОЩЕЛЕВЫЕ СПЕКТРАЛЬНЫЕ ПРИБОРЫ. Многощелевые двойные монохроматоры. Матричные спектрометры. Многощелевой полихроматор. ПРИБОРЫ С РАСТРАМИ ФУНКЦИОНАЛЬНОГО ТИПА. Спектрометры с растрами Жирара. Спектрометры с интерференционными растрами. Спектрометры с частотной модуляцией потока излучения. ПРИБОРЫ С КОДОВЫМИ РАСТРАМИ. Растры, не требующие коррекции. Растры хаотического типа. Определение оптимальных условий работы спектрометра с хаотическими растрами. Корректирующий код. Растровый полихроматор.

 

Литература

 

Светосильные спектральные приборы. Под. ред.  Тарасова. К.И

Тарасов К.И. Спектральные приборы.– Л.: Машиностроение,

Пейсахсон И.В Оптика спектральных приборов. Л.: Машиностроение,

Багданскис Н.И., Букреев В.С., Жижин Г.Н., Попова М.Н. // Современные тенденции в технике спектроскопии // Под ред. С.Г. Раутина. – Новосибирск: Наука,– С.153.

Л.В. Левшин, А.М. Салецкий. Оптические методы исследования молекулярных систем.

Шишловский А.А. Прикладная физическая оптика.–  М.: Физматгиз,

Жирар А.// Инфракрасная спектроскопия высокого разрешения: Сб. Статей; Пер. с фр. и англ./  Под ред. Г.Н. Жижина. – М.: Мир,. С. 322.

Болле Х., Боттема М., Фелькер В., Циклер А.// ИК-методы в космических исследованиях / Под. ред. В.Манно и Дж. Ринга – М.:Мир,.– С.323.

Миберн Дж. Обнаружение и спектрометрия слабых источников  света.–  М.: Мир,

Конн Ж. // ИК-спектроскопия высокого разрешения: Сб. статей;   Пер. c фр. и англ./ Под ред. Г.Н. Жижина.– М.: Мир,. С. 201

Конн Ж., Делуи Э., Конн П. И др. // Инфракрасная спектроскопия высокого разрешения: Сб. статей; Пер.  с фр. и англ. / Под ред. Г.Н. Жижина. – М.:Мир,.– С.19.

Белл Р. Дж. Введение в фурье-спектроскопию./ Пер.с англ. Под ред. Г.Н Жижина.– М.: Мир,

Пинар Ж.// Инфракрасная спектроскопия высокого разрешения: Сб. статей; Пер. с фр. и англ./ Под ред. Г.Н. Жижина.– М.:Мир. С.57

Майар Ж.П. // Инфракрасная спектроскопия высокого разрешения: Сб. статей; Пер. с фр. и англ. / Под ред. Г.Н. Жижина.– М.: Мир, , С. 128.

Применение ЭВМ в химических и биохимических исследованиях / Под ред. Ч.Е. Клопфенштейна, Ч.Л. Уилкинса. – М.: Химия,


Волновая оптика

 

Введение в оптику.  Волны. введение в оптику. Краткий исторический очерк развития представлений о свете. Уравнения Максвелла-Лоренца.

Электромагнитные волны. Понятие о бесконечно малом физическом обьеме. Усреднение уравнений Максвелла-Лоренца. Методы усреднения производных волновых функций по координатам и по времени.

Уравнения Максвелла. Уравнения Максвелла. Уравнения связи. Волновое уравнение. Элементарные решения уравнений Максвелла

Плоские волны. Уравнения Максвелла для однородных сред. Плоские волны. Свойства плоских волн. Угловая связь между векторами Е, Н, и S

Энергия электромагнитной волны. Энергетические соотношения. Плотность энергии волн. Вектор Умова-Пойтинга. Энергетические соотношения в плоской волне. Вычисления энергетических характеристик в комплексной форме векторов поля. Закон сохранения энергии в интегральной и дифференциальной форме

Поляризация волн. Поляризация электромагнитных волн. Линейная, круговая и эллиптическая поляризация света. Параметры, характеризующие состояние поляризации света. Понятие о параметрах Стокса. Представление поляризации по сфере Пуанкаре

Отражение и преломление волн. Граничные условия. Отражение и преломление плоской волны. Закон отражения и преломления.

Прохождение волн через плоско-параллельный слой. Коэффициенты отражения и преломления. Прохождение волны через плоскопараллельный слой. Просветление оптики. Получение отражающих диэлектрических покрытий.

Интерференция волн. Интерференция двух монохроматических волн. Деление волнового фронта. Опыт Юнга. Интерференционные полосы в квазимонохроматическом и белом свете. Источники в виде щели. Видность полос.

Двухлучевая интерференция. Интерферометр Рэлея. Интерференционные полосы при отражении от плоскопараллельной пластинки.

Когерентность. Когерентность. Функция когерентности. Пространственная и временная когерентность. Время когерентности. Длина когерентности.

Многолучевая интерференция. Многолучевая интерференция. Интерферометр Фабри-Перо. Применение интерферометра Фабри-Перо в спектроскопии. Интерференционные фильтры. Резонаторы. Методы расчета и параметры резонаторов.

Дифракция света. Дифракция света. Принцип Гюйгенса Френеля. Теория дифракции Френеля. Теория дифракции Кирхгофа. Интегральная теорема Кирхгофа. Граничные условия Кирхгофа. Дифракция Френеля на крае экрана. Дифракция Фраунгофера на прямоугольном отверстии.

 

Литература

М. Борн, Э. Вольф. Основы оптики. Наука , М.

Н.И. Калитеевский. Волновая оптика."Высшая школа" М.

Р Дитчберн. Физическая оптика. Наука , М.

И.М. Нагибина, В.А. Москалев, Н.А. Полушкина, В.А. Рудин. Прикладная физическая оптика. М. Высшая школа, 565 с.

А.А.Семенов. Теория электромагнитных волн. Из-во МГУ, М.

А. Н. Матвеев. Оптика. Высш. школа. М.

Р. Фейнман, Р.Лейтон, М.Сэндо. Фейнмановские лекции по физике. Т.6, 7. Мир. М.

А.М.Саржевский. Оптика. В 2-х томах. “Университетское”. Мн.

В.В. Лебедева. Техника оптической спектроскопии. -М., Машиностроение.


Техника спектроскопии

 

Введение . Спектральные приборы. Шкала электромагнитных волн. Классификация спектральных приборов. Основные оптические характеристики спектральных приборов. Линейная и угловая дисперсии. Связь между линейной, угловой дисперсией и разрешающей силой спектрального прибора.

Основные задачи в технике спектрального анализа. Аппаратная функция спектрального прибора. Формирование наблюдаемого контура. Определение истинного контура по наблюдаемому. Выбор оптимальных условий работы спектрального прибора.

Призменные спектральные приборы. Схемы призменных приборов. Аппаратная функция призмы. Дисперсия, разрешающая сила призмы.

Приборы с дифракционными решетками. Отражательная решетка. Разрешающая способность решетки. Дисперсия. Аппаратная функция. Схемы дифракционных спектральных приборов.

Спектрометры и спектрофотометры для видимой и ультрафиолетовой и ИК области спектра. Автоматические спектрофотометры для  абсорбционного анализа. Спектрометры для эмиссионного анализа. Спектрофотометры для ИК - области

Интерференционные спектральные приборы. Интерферометр Абри-Перо. Угловая и линейная дисперсия. Аппаратная функция интерферометра. Разрешающая сила. Интерферометр Майкельсона. Фурье - спектрометр. СИСАМ. Светосила СИСАМа. Аппаратная функция. Разрешающая сила СИСАМа. Современные спектральные приборы.

Приборы с растровой селективной модуляцией. Растровые спектрометры.

 

Литература

К.И.Тарасов. "Спектральные приборы." Изд. "Машиностроение". 2-ое издание.  Ленинград.

В.В.Лебедева. "Техника оптической спектроскопии".Изд. МГУ. Москва.

И.М.Нагибина, В.К.Прокофьев. "Спектральные приборы и техника спектроскопии". Изд. "Машиностроение". Москва.

Белл Л.Д. Введение в Фурье-спектроскопию. Москва. Изд. "Мир"


Атомная спектроскопия

 

Введение в атомную спектроскопию. Что такое спектроскопия. Количественный и качественный периоды развития атомной спектроскопии. Момент количества движения - основная характеристика состояния атома. Сложение моментов количества движения. Векторная модель.

Излучение атома (классическая модель). Интенсивность излучения. Дипольное электрическое излучение. Диаграмма направленности

Излучение атома (квантовая модель). Спонтанное и вынужденное излучение. Вероятность перехода. Правила отбора.

Поляризация излучения. Мультипольное излучение. Сила осциллятора. Среднее время жизни атома.

Ширина спектральной линии. Однородное и неоднородное уширение. Естественное уширение. Ударное уширение. Допплеровское уширение.

Простейшие атомные системы. Атом водорода. Спектр атома водорода. Тонкая структура спектра атома водорода. Щелочные металлы. Спектры щелочных металлов.

Спектры многоэлектронных атомов. Спектр атома меди. Спектр гелия. Спектры инертных газов.

Атомы во внешних полях. Эффект Зеемана. Сложный эффект Зеемана. Эффект Пашена-Бака. Эффект Штарка.

Интерференция атомных состояний. Фазовые состояния атомных систем. Квантовые биения.

 

Литература

Фриш С.Э. Оптические спектры атомов

Собельман И.И. Введение в теорию атомных спектров

Кондон Е., Шортли Г. Теория атомных спектров

Бете Г, Солпитер Э. Квантовая механика атомов с одним и двумя электронами

Ельяшевич М.А. Атомная и молекулярная спектроскопия


Основы молекулярной спектроскопии

 

Введение. Общие вопросы спектроскопии молекул. Предмет изучения. Единицы измерения длин волн и энергии в спектроскопии. Вероятность и интенсивность линий поглощения и излучения. Матричные элементы дипольного момента перехода.

Вращательные спектры молекул. Вращение двухатомной и многоатомной молекулы. Спектр инфракрасного (ИК) поглощения и комбинационного рассеяния (КР). Применение вращательных спектров

Моделирование молекул различными волчками (шаровые , симметричные, асимметричные) с точки зрения их вращательных спектров. Моделирование молекул жесткими волчками. Различные виды асимметрии  волчков. Спектры волчков. Их схожесть с двухатомной молекулой.

Колебательные и колебательно-вращательные спектры двухатомных молекул. Колебательно-вращательные спектры двухатомных молекул. Применения. Колебания двухатомной молекулы как гармонического осциллятора. Анегармонизм колебаний. Двухатомная молекула как ангармонический осциллятор.

Колебания многоатомной молекулы. Колебания многоатомной молекулы в классической и квантовой механике. Спектр. Нормальные колебания, число нормальных колебаний. Формы нормальных колебаний.

Симметрия колебаний многоатомной молекулы. Симметрия молекул. Точечные группы симметрии и их обозначения. Типы симметрии колебаний многоатомной молекулы. Число типов симметрии колебаний в молекуле.

Применение симметрийных представлений и теории групп в спектроскопии молекул. Точечные группы симметрии . Молекулы низших и высших точечных групп симметрии. Симметрия колебаний молекулы. Правила отбора по симметрии.

Правила отбора в колебательных спектрах многоатомных молекул. Спектр ИК поглощения и правила отбора. Спектр КР и правила отбора. Характеристичность колебаний в молекуле. Применение групповых частот

Электронные спектры двухатомных молекул. Химические связи в двухатомных молекулах. Систематика электронных состояний в двухатомной молекуле. Правила отбора и спектры.

Электронно - колебательно-вращательные спектры двухатомных молекул. Интенсивность полос в электронно-колебательных спектрах. Принцип Франка-Кондона. Связь колебаний и вращений в двухатомной молекуле. Ветви колебательных полос в электронно-колебательно-вращательных спектрах. Применения.

Электронные спектры многоатомной молекулы. Различные подходы к систематике электронных состояний многоатомных молекул. Спектры сплошные и дискретные. Правила отбора по симметрии. Разрешенные и запрещенные состояния.

Симметрия электронных состояний многоатомной молекулы. Химические связи в молекуле. Метод молекулярных орбиталей в теории химической связи. Симметрия электронных  состояний. Типы переходов в молекуле.

Спектры конденсированного состояния (жидкости). Усложнение спектров при переходе к конденсированному состоянию. Различные виды взаимодействий и их влияние на спектры. Способы получения дискретных спектров. Применение спектроскопии конденсированного состояния.

 

Литература

К.Бенуэлл. Основы молекулярной спектроскопии. Изд. "Мир".М

М.А.Ельяшевич. Атомная и молекулярная спектроскопия. ИФМЛ

М.В.Волькенштейн, Л.А.Грибов, М.А.Ельяшевич, Б.И.Степанов. Колебания молекул. Изд. "Наука", М

Н.Б.Барковский, А.И.Комяк, Д.С.Умрейко. Симметрийные представления в спектроскопии молекул.  Минск, Изд. "Университетское"

А.А.Мальцев. Молекулярная спектроскопия. М. Изд. МГУ

Г.Герцберг. Колебательные и вращательные спектры многоатомных молекул. М. И"зд.-во Иностранная литература"

К.Накамото. Инфракрасные спектры неорганических и координационных соединений. Изд -во "Мир" . М.


Физика лазеров

 

Уводзіны. Гісторыя стварэння лазераў.

Прынцыпы працы лазера. Спантанае выпрамяненне. Вымушанае выпрамяненне. Паглынанне. Адваротная сувязь і генерацыя.

Уласцівасці лазерных пучкоў. Метады ўзбуджэння актыўнага рэчыва. Манахраматычнасць. Кагерэнтнасць. Накіраванасць. Яскравасць.

Аптычнае ўзбуджэнне. Каэфіцыенты Эйнштэйна. Каэфіцыент паглынання. Двухузроўневая мадэль рэчыва. Трохузроўневая мадэль рэчыва. Чатырохузроўневая мадэль рэчыва. Узмацненне святла ў складаных арганічных злучэннях.

Шырыня спектральных ліній. Аднароднае пашырэнне. Узмацненне ў сістэмах з аднародным пашырэннем. Узмацненне святла ў рэчывах з неаднародным пашырэннем спектральных ліній.

Аптычныя рэзанатары. Тыпы рэзанатараў. Аксіяльныя моды. Папярочныя моды. Гаўсавы пучкі. Дыяграма стабільнасці рэзанатараў. Лазеры з размеркаванай адваротнай сувяззю. Селекцыя мод. Кагерэнтнасць лазерных крыніц святла. Шматслойныя дыэлектрычныя люстэркі.

Стацыянарная генерацыя. Магутнасць генерацыі. Парог генерацыі. Аптымальная сувязь рэзанатара.

Дынамічныя працэсы ў лазерах. Балансныя раўнанні. Рэжым свабоднай генерацыі. Пічковая структура выпрамянення.

Генерацыя гіганцкіх імпульсаў. Магутнасць генерацыі. Актыўнае пераключэнне стратаў. Пасіўнае пераключэнне стратаў. Разгрузка рэзанатара.

Сінхранізацыя мод. Прынцыпы сінхранізацыі. Актыўная сінхранізацыя мод. Пасіўная сінхранізацыя мод.

Цвёрдацельныя лазеры. Лазер на рубіне. Неадымавы лазер.

Газавыя лазеры. He-Ne лазер. Аргонавы лазер. СО   лазер. Лазер на парах медзі. He-Cd лазер. Азотны лазер.

Шырока распаўсюджаныя лазеры. Паўправадніковыя лазеры. Лазеры на фарбавальніках.

Лазеры вялікай магутнасці. Эксімерныя лазеры. Хімічныя лазеры. Газадынамічныя лазеры.

Лазеры ў медыцыне, тэхналогіі і метралогіі. Лазеры ў медыцыне. Лазерная апрацоўка матэрыялаў. Лазерная фотахімія. Лазрныя дыскавыя сістэмы. Лазерныя прынтары. Лазеры ў будаўніцтве. Лазерныя дальнамеры. Лазерны гіраскоп.

 

Литература

О.Звелто. Принципы лазеров. Наука, М.

Н.В.Карлов. Лекции по квантовой электронике. Наука, М.

А.Ярив. Квантовая электроника. Наука, М.

Л.В.Тарасов. Физика процессов в генераторах  когерентного оптического излучения. Наука, М.,

Л.В.Тарасов. Лазеры и их применение. Наука, М.

M.Young. Optics and Lasers. Springer - Verlag., Second Edition.

Промышленное применение лазеров. Под ред. Г. Кёбнера, Наука, М.


Техника лазеров

 

Введение. Устройство и основные элементы твердотельных лазеров. Активные элементы (состав, методы выращивания, условные обозначения, спектральные, оптические и генерационные  характеристики). 

Резонаторы. Конструкция резонатора. Типы резонаторов. Зеркала. Требования к качеству изготовления подложек зеркал. Изготовление отражающих покрытий (коэффициенты отражения металлических отражающих слоев, элементы однолучевой и многолучевой интерференции, изготовление просветляющих и отражающих многослойных интерференционных зеркал). Требования к юстировке резонаторов различных типов.

Системы оптической накачки. Конструкция газоразрядных ламп для оптической накачки активных элементов. Обозначения. Характеристики газов для заполнения ламп. Влияние вида и давления газа на оптический выход. Спектральное распределение оптического излучения и зависимость его от вводимой энергии. Электрические и световые параметры газоразрядных ламп для оптической накачки. Светодиодная накачка.

Источники питания импульсных ламп накачки. Блок- схема источников питания. Накопители. Системы зарядки накопителей. Разрядный контур. Управление параметрами зарядки. Требования к поджигу ламп. Системы поджига (параллельный, последовательный, дежурная дуга).

Отражатели. Констукции отражателей (цилиндрического, эллиптического, полиэллиптичских, по принципу плотной упаковки). Изготовление отражателей и отражательных покрытий (зеркальных, диффузных). Методы повышения кпд отражателей.

Системы термостабилизации активного вещества лазеров. Способы термостабилизации. Замкнутые жидкостные и газовые системы охлаждения. Характеристики и требования к жидкостным и газовым хладоагентам. Конструкции контактных систем охлаждения твердотельных активных элементов.

Газовые лазеры малой и средней мощности. Атомарные газовые лазеры. Конструкции излучателей. Требования к материалам для изготовления газоразрядной трубки и окошек гелий-неонового лазера. Общее давление смеси газов гелия и неона, и их оптимальное соотношение. Влияние диаметра капилляра на эффективность работы лазера. Обоснование оптимального произведения общего давления газовой среды на диаметр капилляра. Методы селекции излучения. Коэффициенты усиления и требования к коэффициентам отражения зеркал для различных линий генераций.

Молекулярные газовые лазеры. Конструкции излучателей. Требования к материалам для изготовления газоразрядной трубки и окошек лазера ИК диапазона на СО2 . Общее давление смеси газов гелия, азота и углекислого газа, и их оптимальное соотношение. Влияние диаметра капилляра на эффективность работы лазера. Обоснование оптимального произведения общего давления газовой среды на диаметр капилляра. Методы селекции излучения. Коэффициенты усиления и требования к коэффициентам отражения зеркал для различных линий генераций.

Ионные газовые лазеры.  Конструкции излучателей. Требования к материалам для изготовления газоразрядной трубки и окошек аргонового лазера. Эффект увеличения давления газа у  катода при работе лазера и его устранение. Влияние величины магнитного поля на генерационные характеристики. Влияние давления на эффективность генерации. Влияние диаметра капилляра на эффективность работы лазера. Обоснование оптимального произведения общего давления газовой среды на диаметр капилляра. Методы селекции излучения. Коэффициенты усиления и требования к коэффициентам отражения зеркал для различных линий генераций.

Источники питания непрерывных газовых лазеров.  Характеристики тлеющего и дугового разряда. Обоснование выбора типа источника питания для лазеров, использующих тлеющий разряд для возбуждения газовой среды (атомарные, молекулярные) и дуговой (ионные). Электрические схемы питания тлеющего  разряда ( стабилизация с помощью балластного резистора, параметрические стабилизаторы тока, умножители напряжения). Управляемые выпрямители как источники питания дугового разряда.

Лазеры  на самоограниченных переходах.  Требования  к активным средам. Лазер на молекулярном азоте. Конструкции лазерных головок с продольной, поперечной накачкой. Повышение мощности генерации за счет повышения давления газа и явления контракции разряда. Методы устранения возможности контракции разряда. Источники получения высоковольтных наносекундных электрических импульсов  для возбуждения генерации. Требования к конденсаторам. Методы повышения частоты повторения импульсов генерации.

Управление параметрами  излучения лазера. Принципы работы лазеров с модулированной добротностью. Механические модуляторы (дисковые, призменные) и их характеристики. Электрооптические модуляторы на эффекте Поккельса и их характеристики. Фототропные затворы на растворах красителей.

Селекция мод. Принципы селекции мод (внутрирезонаторые и внерезонаторные селекторы и требования к ним). Селекция поперечных мод (внутрирезонаторная- растройкой резонатора, введением диафрагмы, призмы полного внутреннего отражения, внерезонаторная - введением диафрагмы). Селекция продольных мод (внутрирезонаторная и внерезонаторная).

Методы юстировки лазеров. Требования к юстировке различных типов лазеров (твердотельные- рубин, гранат, стекло, газовые). Автоколимационный метод юстировки (устройство АКТ-200, предел юстировки). Юстировка методом оптического рычага с помощью вспомогательного гелий-неонового лазера. Интерференционный метод юстировки.

Измерения параметров лазеров. Методы измерения энергии и мощности лазеров. Измерители мощности. Измерение расходимости лазерного излучения (понятие о ближней и дальней зонах). Временнные измерения.

Техника безопасности при работе с лазерами. Физиологические эффекты. Санитарные нормы и стандарты безопасной работы с лазерами и лазерным излучением. Основные требования и ограничения к защитным устройствам при работе с лазерным излучением. Дозиметрия лазерного излучения.

 

Литература

Ю.В.Байбородин. Введение в лазерную технику. -Киев.: Техника.

С.Г.Рябов, Г.Н.Торопкин, И.Ф.Усольцев. Приборы квантовой электроники. -М.:  Радио и связь.

И.И.Пахомов, О.В.Рожков, В.Н.Рождествин. Оптики-электронные квантовые приборы. - М.: Радио и связь.

Дж. Реди. Промышленные применения лазеров. - М.: Мир.

О.Звелто. Принципы лазеров. - М.: Мир.

Ф. Качмарек. Введение в физику лазеров. - М.: Мир.

В.И.Донин. Мощные ионные лазеры. - Новосибирск.: Наука.

В.Виттеман. СО2-лазер.  - М.:Мир.

Н.И.Коротеев, И.Л.Шумай. Физика мощного лазерного излучения.- М.:Наука.

Технологические лазеры. В 2 томах. - М.:Машиностроение.


Оптоэлектроника

 

Введение. Основные понятия и элементы оптоэлектроники. Фотоэлектронная и вторично-электронная эмиссия. Физические основы внешнего и внутреннего фотоэффекта. Эффективные и неэффективные материалы для использования в приборах с внешним фотоэффектом.

Фотоэлементы с внешним фотоэффектом. Устройство ФЭ. Фотокатоды. Аноды. Шумы ФЭ. Электрические, оптические и частотные характеристики. Типы. Спектральные ФЭ. Временные ФЭ. Режимы работы. 

Фотоэлектронные умножители. Конструкции. Основные параметры. Источники питания. Типы и режимы работы ФЭУ ( временные, спектрометрические и для счета фотонов). Канальные и микроканальные ФЭУ. Устройство. Основные параметры. Питание. Режимы работы.

Фотоэлементы с внутренним фотоэффектом. Фоторезисторы. Устройство. Эффективные и неэффективные материалы. Электрические и оптические характеристики. Питание. Вентильные фотоэлементы. Условия образования фото-э.д.с. Фотодиоды. Устройство. Режимы работы. Электрические и оптические характеристики. Многоэлементные приемники.

Приемники излучения на основе приборов с зарядовой связью. Принцип действия и конструкция. Основные параметры и характеристики приемников на ПЗС. Многоэлементные приемники. Применение приборов на основе переноса заряда.

Тепловые приемники. Термоэлементы. Эффект Зеебека. Материалы для термопар. Электрические и оптические характеристики.

Болометры. Болометрический эффект. Материалы для болометров. Электрические и оптические характеристики.

Пироэлектрические приемники. Пироэлектрический эффект. Материалы для приемников. Электрические и оптические характеристики.

Согласование приемников с источниками оптических сигналов, усилителями и регистрирующими приборами. Согласование характеристик оптического сигнала и приемника излучения. Согласование по спектральным свойствам. Согласование приемников по внутреннему сопротивлению с усилителями. Согласование по инерционным свойствам. Принципы построения согласующих каскадов.

 

Литература

Н.А.Соболева. А.Е.Меламид. Фотоэлектронные приборы. - М.:Высшая школа.

Полупроводниковые фотоприемники. Под ред. В.И.Стафеева. - М.: Радио и связь.

Л.И.Фукс-Рабинович, М.В.Епифанов. Оптико-электронные приборы. - Ленинград.: Машиностроение.

Ю.Г.Якушенков. Основы теории и расчета оптико-электронных приборов. - М.: Советское Радио.

И.И.Анисимова, Б.М.Глуховский. Фотоэлектронные умножители. -М.: Советское Радио.

М.Д.Аксененко, М.Л.Бараночников. Приемники оптического излучения. Справочник. -М.: Радио и связь.

Фотоприемники видимого и ИК диапазонов. Под. ред. Р. Дж. Киеса. - М.: Радио и связь.

Справочник по приемникам оптического излучения. Под. ред. Л.З.Криксунова и Л.С.Кременчугского. - Киев. :Техника.


Когерентная оптика

 

Введение. Краткий обзор основных принципов и этапов развития когерентной оптики.

Когерентные источники оптического излучения. Общая характеристика достигнутых параметров когерентных источников (мощность, длительность, спектральная ширина, расходимость) и фундаментальные проблемы физики, решаемые с их использованием.

Когерентность световых полей. Флуктуация равновесного излучении. Связь когерентных свойств со спектральной шириной и размерами источника. Площадь и объем когерентности. Вывод соотношений для площади и объема когерентности, исходя из соотношений неопределенности. Комплексное представление световых полей. Функция взаимной когерентности. Комплексная степень когерентности. Степень когерентности излучения протяженного источника. Звездный интерферометр Майкельсона.

Когерентные свойства излучения, взаимодействующего  со средой. Волновое уравнение для функции взаимной когерентности. Когерентность вынужденного излучения. Взаимодействие когерентного и хаотического излучения. Стационарный случай для среднего числа фотонов. Нестационарный случай для среднего числа фотонов. Кинетические уравнения для лазерных фотонов. Временная зависимость когерентности фотонов. Кинетическое уравнение для лазерных фотонов. Распределение лазерных фотонов.

 

Литература

М. Франсон, С. Сланский. Когерентность в оптике. М., Наука

Р. Лоудон. Квантовая теория света. М., Мир

Л.М. Сороко. Основы когерентной оптики и голографии. М. Наука

М. Борн, Э. Вольф. Основы оптики. М., Наука

Л. Перина. Когерентность света. М. Мир


Голография

 

Краткая историческая справка. Голограммы Габора, Лейта-Упатниекса, Денисюка.

Основные свойства голограмм. Основные соотношения для голограмм.

Интерференционная структура голограммы точечного предмета (схемы Габора и Лейта-Упатниекса).

Свойства восстановленных изображений Мнимые и действительные (псевдоскопические) изображения.

Зависимость свойств голографических изображений от условий восстановления.

Требования к когерентности источников при записи и восстановлении голограмм.

Дифракционная эффективность плоских и объемных голограмм. Спектральная и угловая селективность. Дифракционная эффективность многоцветных голограмм.

Основные схемы записи голограммы Френеля и их свойства.

Радужные голограммы. Схема записи, запись мастер-голограммы, запись цветного изображения.голограммы

Тесненые голограммы. Цифровая запись голограм Дот-запись. Запись скрытого изображения

Фоточувствительные среды ПФГ, фоторезисты, бихромированный желатин, полимеры

Основные схемы записи голограммы Фурье и их свойства. Условия записи.

Общие принципы голографической интерферометрии. Метод реального времени и метод двух экспозиций. Интерференционно-голографические методы определения рельефа поверхности.

 

Литература

М. Франсон, С. Сланс

Р. Кольер, К. Беркхард, Л.Лин Оптическая голография. М., Мир

М. Миллер. Голография. Л-д, Машиностроит.,  М., Мир

Ю.И. Островский, М.М. Бутусов, Г.В. Островская. Голографическая интерферометрия. М., Наука

М. Борн, Э. Вольф. Основы оптики. М., Наука

Оптическая голография. Под. Ред. Кауфилда, т.1,2. М.Мир

Ю.И. Островский. Голография и ее применение. М. Мир

Дж. Строук.  Введение в когерентную оптику и голографию М., Наука

Л.М. Сороко. Основы когерентной оптики и голографии. М., Наука


 

 

Русский