Физический факультет МГУ им. М.В.Ломоносова
Кафедра квантовой радиофизики
Доц. Кулик С.П.
7 семестр, 32 часа
Курс посвящен физическим основам квантовых усилителей и генераторов, освоению основных понятий теории взаимодействия поля и вещества (вынужденное излучение и поглощение, инверсия населенностей и отрицательная температура, сечение взаимодействия, диэлектрическая восприимчивость, релаксация, спонтанные переходы, когерентное взаимодействие).
Основные разделы программы: вероятность перехода в случае когерентного и некогерентного поля, коэффициент поглощения и усиления, линейная поляризация среды, эффект насыщения, нестационарные эффекты (самопрозрачность, эхо, сверхизлучение).
Проф. Пенин А.Н.
7 семестр, 32 часа
Курс посвящен рассмотрению физических принципов работы лазеров. Рассматривается взаимодействие излучения с идеальной двухуровневой системой, спонтанные и вынужденные переходы. Кратко рассматриваются моды закрытых резонаторов и моды электромагнитного поля. Подробно рассмотрен режим усиления электромагнитной волны в среде с инверсной населенностью. Рассматриваются методы создания инверсии населенности на примере трех и четырехуровневых схем.
Подробно рассматриваются открытые оптические резонаторы, диаграмма их устойчивости и методы расчета параметров на основе матриц АВСД как для сферической волны, так и для волны с гауссовым распределением интенсивности в поперечном сечении пучка. Рассмотрены конкретные конструкции твердотельных и газоразрядных лазеров типа лазер на ионах неодима в матрицах разного типа, лазер на рубине, на кристаллах титан-сапфир, лазеры на ионах аргона, парах металлов, на самоограниченных переходах, свободных электронах и лазеры без инверсии населенности.
Проф. Фадеев В.В.
8 семестр, 32 часов
Часть I. Цель спецкурса - показать принципиально
новые возможности, которые открылись в
оптической спектроскопии с применением лазерных
источников излучения, обрисовать крупными
штрихами (без излишней детализации) "новый
облик" спектроскопии. Курс открывается обширным
введением, содержащим: основные понятия
оптической спектроскопии; общий обзор
принципиально новых методов спектроскопии,
связанных с применением лазеров; обзор задач,
решаемых методами лазерной спектроскопии;
возможности современной техники спектрального
анализа. Остальные разделы курса посвящены
изложению физических основ методов лазерной
спектроскопии. В курс включены те методы, которые
наиболее убедительно подчеркивают
сформулированную идею курса. В первой группе
методов лазерной спектроскопии основную роль
играет высокая интенсивность лазерного
излучения. Это: -нелинейная лазерная
внутридоплеровская спектроскопия (напоминаются
основные сведения о механизмах уширения и форме
спектральных линий; дается обзор нелазерных
методов в данной области спектроскопии; подробно
излагаются принципы и аппаратурная реализация
двух лазерных методов внутридоплеровской
спектроскопии -спектроскопии насыщения и
двухфотонного поглощения во встречных пучках);
-нелинейная лазерная флуориметрия (флуориметрия
насыщения): общие принципы и их конкретизация в
атомной спектроскопии и спектроскопии сложных
органических соединений и комплексов; -метод
внутрирезонаторной лазерной спектроскопии. Во
второй группе методов основную роль играет
свойство когерентности лазерного излучения
(фазовые синхронизмы). Это:
-спектроскопия спонтанного параметрического
рассеяния света;
-спектроскопия когерентного антистоксова
рассеяния света в различных модификациях (CARS,
BOXCARS, RIKES и др.). В третьей группе методов большую
роль играет структура лазерных пучков. Это
-методы термолинзы и оптоакустики; -методы
дистанционного лазерного зондирования. Наконец,
четвертая группа методов использует временные
характеристики лазерного излучения -
возможность генерировать нано-, пико-, и
фемтосекундные импульсы излучения высокой
интенсивности. Это - методы лазерного
импульсного фотолиза и кинетической эмиссионной
спектроскопии.
В качестве иллюстрации возможностей методов в курсе содержатся некоторые их конкретные приложения.
Часть II. В курсе основное внимание уделяется фундаментальным аспектам, связанным с применением лазеров в экологии, т.е. изучению взаимодействию лазерного излучения с природными средами и их компонентами и механизмов формирования спектрального отклика этих объектов при их дистанционном лазерном зондировании. В то же время рассматриваются и практические приложения - конкретные методы диагностики природных среды с целью решения тех или иных проблем экологии. Курс имеет следующую структуру. Введение (проблемы экологии; мониторинг природных сред; "экологическая ниша" для лазеров и лазерной спектроскопии). Общая постановка задачи применения лазеров в экологии (природные среды как объекты лазерного контроля; принципиальная схема дистанционной лазерной спектроскопии, лидары; обзор задач лазерной диагностики природных сред).
Расчет эхо-сигнала при дистанционном лазерном зондировании природных сред (оптические характеристики природных сред и факторы, их определяющие; уравнение переноса и методы его решения; лидарное уравнение; внутренний репер; оптимизация параметров лидара).
Обзор методов лазерной спектроскопии, которые используются для диагностики природных сред. Лидары (общие принципы и структура, лазеры, приемные системы, автоматизации лидаров).
Методы и средства лазерной диагностики конкретных объектов природной среды: - фотосинтезирующих организмов (механизмы их флуоресцентного отклика при наносекундном лазерном возбуждении; определение концентрации хлорофилла "а" и фотосинтетической активности; биотестирование окружающей среды); - гумусового вещества (модели фотофизических процессов в комплексах гумусового вещества; определение концентрации органического углерода); - нефтяных загрязнений (фотофизические процессы в растворах, эмульсиях, пленках; качественная и количественная диагностика); - белковых соединений; - газовых примесей в атмосфере; - температуры воды и атмосферы; - параметров гетерофазных водных систем.
Проблема лазерного зондирования из космоса.
Проф. А.Н.Пенин
9 семестр, 64 часа
Основное содержание курса - обзор методов спектроскопии, в основе которых лежат отличительные свойства лазерного излучения, а именно, когерентность, монохроматичность и стабильность амплитуды. К таким видам спектроскопии можно отнести следующие: Фурье-спектроскопия, двухрезонансная спектроскопия, когерентная спектроскопия, спектроскопия оптического смешения, корреляционная спектроскопия, спектроскопия рассеяния Мандельштама-Бриллюена, спектроскопия комбинационного рассеяния света, спектроскопия параметрического рассеяния света, и ряд других, выходящих за рамки данного курса.
Доц. Акципетров О.А.
8 семестр, 32 часа
В курсе рассматриваются общие вопросы нелинейной оптики в объеме нелинейных сред, на их поверхности и в низкоразмерных системах. Обсуждаются нелинейные материальные уравнения в системе уравнений Максвелла, нелинейные восприимчивости (в дипольном и квадрупольном приближениях) объема и поверхности нелинейных сред. методом медленно меняющихся амплитуд рассмотрены трехволновые и четырехволновые нелинейные процессы. Обсуждается роль поверхностных электромагнитных волн в нелинейной оптике поверхности и границ раздела. Обсуждаются механизмы гигантских нелинейно-оптических процессов на границах раздела. Рассматриваются размерные эффекты в нелинейном отклике наноструктур.
Доц. О.А.Акципетров
9 семестр, 32 часа
В курсе рассматриваются общие вопросынелинейной оптики в объеме нелинейных сред, на их поверхности и в низкоразмерных системах. Обсуждаются нелинейные материальные уравнения в системе уравнений Максвелла, нелинейные восприимчивости (в дипольном и квадрупольном приближениях) объема и поверхности нелинейных сред. методом медленно меняющихся амплитуд рассмотрены трехволновые и четырехволновые нелинейные процессы. Обсуждается роль поверхностных электромагнитных волн в нелинейной оптике поверхности и границ раздела. Обсуждаются механизмы гигантских нелинейно-оптических процессов на границах раздела. Рассматриваются размерные эффекты в нелинейном отклике наноструктур.
Доц. Елютин П.В.
7 семестр, 32 часа
Курс представляет систематическое изложение основ нелинейной динамики - дисциплины, изучающей методы описания движения произвольных систем с конечным числом степеней свободы.
Центральное место в курсе занимает изложение основ теории динамического хаоса - финитного экспоненциально неустойчивого движения - и методов его описания.
Для консервативных систем с двумерным и трехмерным фазовыми пространствами на примерах моделей стандартного отображения, возмущенного маятника и осциллятора -Паллена - Эдмондса рассматриваются основные характеристики хаотического движения - мера инвариантной компоненты, показатели Ляпунова, корреляционные функции динамических переменных - и устанавливаются способы их аналитического и численного определения.
Для систем с несохраняющимся фазовым объемом рассматриваются основные характеристики хаотического движения на аттракторах, способы описания аттракторов и вычисления характеристик хаотического движения. Рассматривается эволюция аттракторов в пространстве параметров и основные сценарии перехода от регулярного движения к хаотическому. В качестве примеров употребляются одномерные (линейный датчик случайных чисел, логистическое отображение), двумерные (отображения Хенона и Канеко) и трехмерные (осциллятор Лоренца) автономные модели.
Доц. Елютин П.В
8 семестр, 32 часа.
Курс содержит систематическое изложение теоретического аппарата, используемого для описания взаимодействия электромагнитных волн с квантовыми системами с малым числом степеней свободы - свободными электронами, одиночными атомами и простыми молекулами. В курсе излагаются схемы описания взаимодействия на основе различных вариантов нестационарной теории возмущений и альтернативных ей методов - резонансных приближений для сильно- и слабо ангармоничных систем, метода квазиэнергетичесих состояний, приближения сильной волны. Рассматриваются модели, использующие как классическое, так и квантовое описание электромагнитного поля. Обсуждаются подходы, основанные на использовании принципа соответствия классической и квантовой теорий. Приведено изложение основ теории релаксации для систем, слабо взаимодействующих с термостатом. Особое внимание уделено задачам, привлекающим интерес в последние годы: теории взаимодействия излучения с высоковозбужденными квантовыми системами и воздействию сильного (по сравнению с атомным) поля излучения.
Доц. П.В.Елютин
9 семестр, 32 часа
В курсе рассматриваются основные задачи теории взаимодействия переменного электромагнитного поля с простейшими атомными системами на основе широкого спектра методов - теории возмущений, резонансных приближений для сильно и слабо ангармоничных систем, моделей сильного поля (формула Келдыша, вынужденный тормозной эффект, приближение Крамерса - Хеннебергера). Рассматриваются основы теории релаксации. Систематически исследуется соответствие результатов, полученных в классических и квантовых моделях. Основное внимание в курсе уделено способам получения количественных оценок характерных физических величин. Большое внимание уделяется обсуждению условий применимости стандартных методов и моделей.
Доц. Маслова Н.С.
10 семестр, 32 часа.
Первая часть курса посвящена общей теории отклика материальной среды на электромагнитное поле. Особое внимание уделено анализу пространственной микроструктуры поля в рамках единого подхода, позволяющего описывать распространение электромагнитного излучения и взаимосвязь восприимчивости со спектром элементарных возбуждений среды.
Вторая часть посвящена изложению физических свойств мезоскопических систем и структур нанометровых размеров. Учет конечных размеров и границ исследуемых образцов, а также понижение размерности исследуемой системы приводит к возрастанию роли когерентных и интерференционных эффектов при межчастичном взаимодействии. Большое внимание уделено особенностям мезоскопического транспорта и отклика мезо- и наноструктур на электромагнитное поле. Рассматриваются фундаментальные мезоскопические эффекты: кондактанс точечных контактов и квантовых нитей, кулоновская блокада, квантовый эффект Холла.
Ст. пр. Никулин А.А.
8 семестр, 32 часа
Курс содержит изложение основ физики конденсированного состояния вещества. Центральное место в курсе отведено рассмотрению объемных свойств кристаллических твердых тел. Курс содержит следующие разделы:
введение (элементы кристаллографии, обоснование адиабатического приближения, классификация твердых тел по типу химической связи); колебания кристаллической решетки; электроны в твердом теле; отклик твердых тел на внешнее электромагнитное поле. Для активного усвоения материала каждой лекции студентам предлагаются задачи и упражнения для самостоятельного решения.
С.н.с. Китаева Г.Х.
9 семестр, 32 часа
Курс знакомит с основными понятиями статистической оптики: закон Кирхгофа для теплового излучения, квантование поля, основные типы состояний поля, линейное преобразование поля
Н.с. М.В.Чехова
10 семестр, 32 часа
Основное внимание второй части курса уделяется описанию поляризационных состояний электромагнитного поля. Рассматриваются поляризационные преобразования для различных состояний поля (когерентных, стационарных, сжатого вакуума и др.), дается общий подход описания преобразований поляризации как вращений. Также обсуждаются методыпреобразования параметров поля четвертого порядка.
Н.с. А.Н.Рубцов
9 семестр, 32 часа
Курс ставит своей целью последовательное знакомство с основными типами элементарных возбуждений, известными в современной физике конденсированного состояния и является составной частью цикла курсов по физике конденсированного состояния, читаемых на кафедре.
В курсе на основе представления о картине элементарных возбуждений в жидкости сильно взаимодействующих частиц рассмотрены такие квазичастицы, как фононы, электроны и дырки в полупроводниках, взаимодействующие электроны в металлах, куперовские пары, экситоны, уровни Ландау и др. Рассмотрены приближения эффективной массы, Хартри-Фока, приближение случайных фаз. Значительное внимание уделено элементарным возбуждениям в двумерных системах.
С.н.с. ФИАН РАН П.И.Арсеев
10 семестр, 32 часа
Основное внимание в курсе уделено явлениям сверхтекучести и сверхпроводимости. Рассматриваются микроскопические теории этих явлений. Вводятся
основы теоретического описания макроскопических квантовых эффектов на языке функций Грина. Устанавливается связь микроскопических подходов с существующими феноменологическими теориями. Рассматривается ряд проявлений квантовой природы явлений сверхтекучести и сверхпроводимости: квантование вихрей, эффект Мейснера, эффект Джозефсона и др.
Доц. Н.С.Маслова
9 семестр, 32 часа
Курс посвящен общей теории отклика материальной среды на электромагнитное поле. Особое внимание уделено анализу пространственной микроструктуры поля в рамках единого подхода, позволяющего описывать распространение электромагнитного излучения и взаимосвязь восприимчивости со спектром элементарных возбуждений среды.
Проф. В.И.Панов
10 семестр, 32 часа
Методы сканирующей зондовой микроскопии (туннельная, силовая, оптическая ближнего поля). Сопоставление с классическими методами микроскопии. Сканирующая туннельная микроскопия и спектроскопия (СТМ, СТС). Сканирующая силовая микроскопия. Сканирующая оптическая микроскопия ближнего поля (СОМ). Исследования оптических свойств полупроводниковых наноструктур.
Н.с. Любимова М.Л.
7 семестр, 32 часа.
Математический аппарат нелинейных дифференциальных уравнений. Динамика химических реакций. Кинетика ферментативных реакций. Математические модели биологических систем. Транспорт в биологических системах. Кинетика явлений переноса вблизи поверхности твердого тела..
М.н.с.Прудковский П.А.
7 семестр, 32 часа
С точки зрения автора, курс теории волн (равно как и теории колебаний) является не столько курсом общей или теоретической физики, сколько продолжением математических курсов, читавшихся студентам на первых двух курсах. В этом смысле теория колебаний является продолжением курса дифференциальных уравнений, а курс теории линейных волн - продолжением курсов, посвященным линейным уравнениям в частных производных. Поэтому первую часть данного курса, посвященную изложению некоторых элементов теории нелинейных уравнений в частных производных, можно считать дополнением к курсу ММФ. К сожалению, более последовательное изложение теории нелинейных волн требует значительно большего времени и математической подготовки, которая обычно отсутствует у студентов четвертого курса физического факультета. Во второй части курса происходит возвращение к более простым уравнениям теории волн, но уже с точки зрения их физических приложений. Задачи, рассмотренные во второй части курса, подобраны по принципу демонстрации роли дисперсионных соотношений волновых уравнений (как одного из базовых понятий экспериментальной физики) для решения различных задач оптики, радиофизики и акустики.
Доц. Елютин П.В.
6 семестр, 32 часа
Кинематика колебаний: модели движения. Периодические колебания. Релаксационные колебания. Квазипериодические колебания. Модулированные колебания. Затухающие колебания. Апериодическое движение.
Динамика колебаний: модели систем. Конечномерные динамические системы. Фазовое пространство. Классификация динамических систем: автономные и неавтономные системы, автономизация. Основные задачи теории динамических систем. Задача Коши. Исследование устойчивости движения. Исследование структуры фазового пространства: исключительные фазовые траектории - неподвижные точки и предельные циклы.
Автономные одномерные системы: неподвижные точки и релаксационные движения. Основные типы бифуркаций неподвижных точек в одномерной системе. Неавтономные одномерные модели. Бифуркации и гистерезис.
Автономные системы с одной степенью свободы. Фазовая плоскость. Качественное описание структуры движения: неподвижные точки и аттракторы. Двумерные интегрируемые системы. Гамильтоновы системы с одной степенью свободы. Линейный осциллятор. Частица в потенциальном ящике. Осциллятор Дуффинга. Уравнения Лотка - Вольтерра. Осциллятор Рэлея. Брюсселятор. Общие свойства систем с предельными циклами. Бифуркации, приводящие к возникновению предельных циклов - смена устойчивости фокуса и рождение предельного цикла из сепаратрисы.
Неавтономные системы с одной степенью свободы. Основные типы движения - периодическое и квазипериодическое (бигармоническое). Нелинейный резонанс в диссипативном осцилляторе Дуффинга. Субгармонический резонанс порядка 3 в модели диссипативного осциллятора Дуффинга. Супергармонический резонанс порядка 1/3 в модели диссипативного осциллятора Дуффинга. Квазипериодическое движение в консервативных системах. Нелинейный резонанс - описание в переменных действие - угол. Квазипериодические и периодические движения в системах с предельными циклами при силовом воздействии. Синхронизация. Условия синхронизации в осцилляторе Ван дер Поля.
Системы с параметрическим воздействием: линейный параметрический осциллятор. Модели теории устойчивости периодических движений - уравнение Хилла. Модели квантовой теории с конечным числом мод: простейшая модель двухуровневой системы в гармоническом внешнем поле. Параметрический резонанс в нелинейных системах: осциллятор Дуффинга с модулированной частотой
Линейные системы с большим числом степеней свободы. Парциальные системы. Парциальные частоты. Колебания многоатомных молекул. Нелинейные консервативные системы с двумя степенями свободы - осциллятор Паллена - Эдмондса. Случай слабой связи: резонансный гамильтониан. Автоколебания в системах с двумя степенями свободы. Осциллятор Ван дер Поля, связанный с линейной системой. Два связанных осциллятора Ван дер Поля - синхронизация колебаний.
Дифференциально-разностные уравнения. Линейная модель первого порядка. Метод последовательного интегрирования. Спектр характеристических показателей и область устойчивости.