Учебник. — Москва: Наука, 1986. — 296 с.
В книге изложены основы лазерной физики и спектроскопии с упором на
современные направления квантовой электроники — нелинейную,
квантовую и нестационарную оптику. Наряду с систематической теорией
взаимодействия света и вещества дано описание основных эффектов
лазерной оптики — оптическое эхо, сверхизлучение, квантовые биения,
поляритонное и параметрическое рассеяние, обращение волнового
фронта, группировка фотонов и пр.
Для студентов и аспирантов радиофизических и оптических специальностей вузов, а также для специалистов в области квантовой электроники и нелинейной оптики. Предисловие
Список основных обозначений и сокращений
Введение
Основные понятия квантовой электроники
Вынужденное излучение
Инверсия населенностей
Обратная связь и условие самовозбуждения лазера
Насыщение и релаксация
История квантовой электроники: первые шаги, радиоспектроскопия, мазеры, лазеры
Вынужденные квантовые переходы
Амплитуда и вероятность перехода
Невозмущенный атом
Атом в переменном поле
Теория возмущения
Линейное приближение
Вероятность одноквантового перехода
Переходы в монохроматическом поле: дипольное приближение, вероятность перехода, учет ширины уровней
Сечение и коэффициент поглощения
Связь интенсивности и амплитуды поля: сечение резонансного взаимодействия, кинетика населенностей, кинетика фотонов, коэффициент резонансного поглощения, полоса усиления учет вырождения уровней
Вынужденные переходы в случайном поле
Корреляционные функции: скорость перехода, коэффициент Эйнштейна, спектральная плотность поля.
Поле в качестве термостата
Спонтанные переходы: естественная ширина, число фотонов, спектральная яркость и яркостная температура , время релаксации .
Матрица плотности, населенности и релаксация
Определение и свойства матрицы плотности
Наблюдаемые величины
Матрица плотности чистого состояния
Смешанное состояние
Более общее определение матрицы плотности
Свойства матрицы плотности
Матрица плотности и энтропия
Матрица плотности атома
Населенности уровней
Равновесные населенности
Двухуровневая система и отрицательная температура
Населенности в полупроводниках
Инверсия в полупроводниках
Эволюция матрицы плотности
Неравновесные системы
Уравнение Неймана
Взаимодействие с термостатом
Эволюция замкнутой системы
Поперечная и продольная релаксации
Представление взаимодействия
Теория возмущения
Восприимчивость вещества
Определение и общие свойства восприимчивости
Симметрия
Влияние причинности
Поглощение заданного поля
Восприимчивость вакуума
Термодинамический подход
Теория дисперсии
Закон дисперсии
Учет поглощения
Классическая теория дисперсии
Квантовая теория дисперсии
Сила осциллятора
Изолированный резонанс
Поляритоны
Двухуровневая модель и эффект насыщения
Область применения модели
Кинетические уравнения
Эффект насыщения
Форма линии при насыщении
Кинетические уравнения для средних
Матрицы Паули и разложение операторов
Вектор и сфера Блоха
Высшие моменты и распределения
Уравнения Блоха
Уравнение для поляризации
Магнитный резонанс
Нестационарная оптика
Вынужденные нестационарные эффекты
Атом как гироскоп
Аналитическое решение
Эффект нутации
Самоиндуцированная прозрачность
Собственное излучение атома
Квантовые биения
Резонансная флуоресценция
Коллективное излучение
Эффект сверхизлучения
Аналогия с фазовыми переходами
Оптическое эхо
Нелинейная оптика
Нелинейные восприимчивости определения и общие свойства
Нелинейные восприимчивости
Различные определения
Перестановочная симметрия
Прозрачное вещество
Роль симметрии среды
Модели оптического энгармонизма
Ангармонизм свободного электрона
Давление света
Стрикционный ангармонизм
Ангармонический осциллятор
Рамановский ангармонизм
Температурный ангармонизм
Электрокалорический ангармонизм
Ориентационный ангармонизм
Квантовая теория нелинейной поляризации: вероятность многофотонных переходов
Макроскопическая нелинейная оптика
Исходные соотношения
Классификация нелинейных эффектов
Роль линейной и нелинейной дисперсии
Одномерное приближение
Соотношение Мэнли Роу и перестановочная симметрия
Вывод одномерных уравнений
Непараметрические взаимодействия
Нелинейное поглощение
Бездоплеровская спектроскопия
Рамановское усиление
Спонтанное и вынужденное рассеяния
Самофокусировка
Длина самофокусировки
Параметрические взаимодействия
Приближение заданной накачки ближняя зона
Дальняя зона
Взаимодействие трех волн
Преобразование частоты вверх
Параметрическое усиление и генерация
Матрица рассеяния
Параметрическое рассеяние света
Рассеяние света на поляритонах
Четырех вол новые взаимодействия
Нелинейная спектроскопия
Динамическая голография и обращение волнового фронта
Статистическая оптика
Закон Кирхгофа для одной моды: закон Кирхгофа для отрицательной температуры, шумы многомодового усилителя, равновесное и спонтанное излучения, сверхлюминесценция, полоса резонаторного усилителя. Закон Кирхгофа для резонаторного усилителя. Формула Таунса
Основные понятия статистической оптики
Аналитический сигнал
Случайная интенсивность
Корреляционные функции
Временная когерентность
Пространственная когерентность
Объем когерентности и фактор вырождения
Статистика фотоотсчетов. Формула Манделя
Группировка фотонов
Корреляция интенсивностей
Закон Кирхгофа для квантовых усилителей
Гамильтонова форма уравнений Максвелла
Уравнения Максвелла
Канонические переменные поля
Гамильтониан поля и вещества
Дипольное приближение
Квантование поля
Коммутационные соотношения
Квантование макрополя в среде
Квантование поля в резонаторе
Возможные состояния поля и их свойства
Обозначения Дирака
Энергетические состояния
Когерентные состояния
Координатные и импульсные состояния
Сжатые состояния
Смешанные состояния
Статистика фотонов
Группировка и антигруппировка фотонов
Статистика фотоэлектронов
Взаимодействие атома с квантованным полем
Вероятности поглощения и излучения
Спонтанное излучение
Взаимодействие стационарных систем
Спектральное представление
Равновесные системы, ФДТ
Список литературы
Для студентов и аспирантов радиофизических и оптических специальностей вузов, а также для специалистов в области квантовой электроники и нелинейной оптики. Предисловие
Список основных обозначений и сокращений
Введение
Основные понятия квантовой электроники
Вынужденное излучение
Инверсия населенностей
Обратная связь и условие самовозбуждения лазера
Насыщение и релаксация
История квантовой электроники: первые шаги, радиоспектроскопия, мазеры, лазеры
Вынужденные квантовые переходы
Амплитуда и вероятность перехода
Невозмущенный атом
Атом в переменном поле
Теория возмущения
Линейное приближение
Вероятность одноквантового перехода
Переходы в монохроматическом поле: дипольное приближение, вероятность перехода, учет ширины уровней
Сечение и коэффициент поглощения
Связь интенсивности и амплитуды поля: сечение резонансного взаимодействия, кинетика населенностей, кинетика фотонов, коэффициент резонансного поглощения, полоса усиления учет вырождения уровней
Вынужденные переходы в случайном поле
Корреляционные функции: скорость перехода, коэффициент Эйнштейна, спектральная плотность поля.
Поле в качестве термостата
Спонтанные переходы: естественная ширина, число фотонов, спектральная яркость и яркостная температура , время релаксации .
Матрица плотности, населенности и релаксация
Определение и свойства матрицы плотности
Наблюдаемые величины
Матрица плотности чистого состояния
Смешанное состояние
Более общее определение матрицы плотности
Свойства матрицы плотности
Матрица плотности и энтропия
Матрица плотности атома
Населенности уровней
Равновесные населенности
Двухуровневая система и отрицательная температура
Населенности в полупроводниках
Инверсия в полупроводниках
Эволюция матрицы плотности
Неравновесные системы
Уравнение Неймана
Взаимодействие с термостатом
Эволюция замкнутой системы
Поперечная и продольная релаксации
Представление взаимодействия
Теория возмущения
Восприимчивость вещества
Определение и общие свойства восприимчивости
Симметрия
Влияние причинности
Поглощение заданного поля
Восприимчивость вакуума
Термодинамический подход
Теория дисперсии
Закон дисперсии
Учет поглощения
Классическая теория дисперсии
Квантовая теория дисперсии
Сила осциллятора
Изолированный резонанс
Поляритоны
Двухуровневая модель и эффект насыщения
Область применения модели
Кинетические уравнения
Эффект насыщения
Форма линии при насыщении
Кинетические уравнения для средних
Матрицы Паули и разложение операторов
Вектор и сфера Блоха
Высшие моменты и распределения
Уравнения Блоха
Уравнение для поляризации
Магнитный резонанс
Нестационарная оптика
Вынужденные нестационарные эффекты
Атом как гироскоп
Аналитическое решение
Эффект нутации
Самоиндуцированная прозрачность
Собственное излучение атома
Квантовые биения
Резонансная флуоресценция
Коллективное излучение
Эффект сверхизлучения
Аналогия с фазовыми переходами
Оптическое эхо
Нелинейная оптика
Нелинейные восприимчивости определения и общие свойства
Нелинейные восприимчивости
Различные определения
Перестановочная симметрия
Прозрачное вещество
Роль симметрии среды
Модели оптического энгармонизма
Ангармонизм свободного электрона
Давление света
Стрикционный ангармонизм
Ангармонический осциллятор
Рамановский ангармонизм
Температурный ангармонизм
Электрокалорический ангармонизм
Ориентационный ангармонизм
Квантовая теория нелинейной поляризации: вероятность многофотонных переходов
Макроскопическая нелинейная оптика
Исходные соотношения
Классификация нелинейных эффектов
Роль линейной и нелинейной дисперсии
Одномерное приближение
Соотношение Мэнли Роу и перестановочная симметрия
Вывод одномерных уравнений
Непараметрические взаимодействия
Нелинейное поглощение
Бездоплеровская спектроскопия
Рамановское усиление
Спонтанное и вынужденное рассеяния
Самофокусировка
Длина самофокусировки
Параметрические взаимодействия
Приближение заданной накачки ближняя зона
Дальняя зона
Взаимодействие трех волн
Преобразование частоты вверх
Параметрическое усиление и генерация
Матрица рассеяния
Параметрическое рассеяние света
Рассеяние света на поляритонах
Четырех вол новые взаимодействия
Нелинейная спектроскопия
Динамическая голография и обращение волнового фронта
Статистическая оптика
Закон Кирхгофа для одной моды: закон Кирхгофа для отрицательной температуры, шумы многомодового усилителя, равновесное и спонтанное излучения, сверхлюминесценция, полоса резонаторного усилителя. Закон Кирхгофа для резонаторного усилителя. Формула Таунса
Основные понятия статистической оптики
Аналитический сигнал
Случайная интенсивность
Корреляционные функции
Временная когерентность
Пространственная когерентность
Объем когерентности и фактор вырождения
Статистика фотоотсчетов. Формула Манделя
Группировка фотонов
Корреляция интенсивностей
Закон Кирхгофа для квантовых усилителей
Гамильтонова форма уравнений Максвелла
Уравнения Максвелла
Канонические переменные поля
Гамильтониан поля и вещества
Дипольное приближение
Квантование поля
Коммутационные соотношения
Квантование макрополя в среде
Квантование поля в резонаторе
Возможные состояния поля и их свойства
Обозначения Дирака
Энергетические состояния
Когерентные состояния
Координатные и импульсные состояния
Сжатые состояния
Смешанные состояния
Статистика фотонов
Группировка и антигруппировка фотонов
Статистика фотоэлектронов
Взаимодействие атома с квантованным полем
Вероятности поглощения и излучения
Спонтанное излучение
Взаимодействие стационарных систем
Спектральное представление
Равновесные системы, ФДТ
Список литературы