Физический факультет МГУ им. М.В.Ломоносова
Кафедра общей физики и волновых процессов
Профессор Шувалов В.В.
4 курс, 7 семестр
Описание электромагнитного излучения, различных сред, их взаимодействия, включая различные стандартные приближения. Условия усиления и генерации оптического излучения. Режимы работы лазеров. Основные характеристики выходного излучения - энергетические, временные, угловые и спектральные
Профессор Чиркин А.С.
4 курс, 8 семестр
Курс посвящен изучению статистических явлений в колебательных и волновых процессах. Рассмотрены методы описания стационарных случайных процессов (многомерные распределения, спектральное представление) и измерение их статистических характеристик. Анализируются шумовые колебания в линейных системах. Обсуждаются фильтрация шума и выделение сигнала из шума. Выводится формула Найквиста для теплового шума. Большое внимание уделено случайным процессам, часто встречающимся в физических ситуациях, в частности узкополосному гауссовскому процесу и его нелинейному преобразованию, винеровскому (диффузионному) процессу, пуассоновскому процессу и многомодовым случайным процессам. Дается вывод формулы Шоттки для дробового шума и формулы Манделя для распределения статистики фотоотсчетов. Рассмотрено описание динамики случайного процесса с помощью стохастических дифференциальных уравнений и методы их решения. Дается вывод уравнения Фоккера-Планка для функции рапределения плотности вероятности. Рассмотрены флуктуации в генераторах радиодиапазона, особое внимание при этом уделено естественной ширине линии колебаний. Проанализированы статистические свойства шумового сигнала на выходе параметрического усилителя. Кратко обсуждается теория уширения спектральных линий.
Доцент Драбович К.Н.
4 курс, 8 семестр
Базовый курс для студентов кафедры общей физики и волновых процессов, охватывающий основные положения и понятия общей теории нелинейных волн.
Структура курса:
Нелинейные волны различной природы. Физические причины нелинейности акустических волн, волн на поверхности жидкости, магнитозвуковых волн и т.д.
Нелинейные электромагнитные волны. Уравнения Максвелла-Лоренца и Максвелла. Отклик вещества. Феноменологическая теория оптических восприимчивостей. Квантовая теория поляризации вещества. Классические механизмы нелинейности.
Нелинейные взаимодействия электромагнитных волн. Параметрические процессы: генерация гармоник, суммарных и разностных частот, параметрическая генерация. Самовоздействия световых волн. Пространственные и временные солитоны. Многофотонное поглощение. Вынужденные рассеяния: комбинационное, Мандельштама-Бриллюэна, в крыле линии Рэлея, температурное рассеяние и др. Обращение волнового фронта.
Нелинейные волны в средах со слабой дисперсией. Простые волны. Нелинейные эффекты в акустике. Разрывы и ударные волны. Уравнения Бюргерса и Кортевега - де Фриза, их анализ. Уединенные волны и солитоны. Сравнение нелинейных процессов в средах с сильной и слабой дисперсией.
Профессор Грасюк А.З., доцент Федотов А.Б.
8 семестр
Особенности поведения различных агрегатных состояний вещества в поле высоко концентрированного лазерного излучения. Этапы и скорости передачи запасов энергии и импульса от лазерного излучения к веществу. Специфика структурированности и неоднородности вещества при его взаимодействии с лазерным излучением. Лазерное воздействие на свободные заряды и плазму. Обратный тормозной и резонансный механизмы поглощения излучения в плазме. Управляемый термоядерный синтез. Эффекты светового давления, в том числе на отдельные атомы. Оптический пробой прозрачных диэлектриков. Поведение атомов, молекул и конденсированных сред под действием лазерного излучения. Роль границ раздела в процессе передачи энергии и импульса от поля к веществу
Профессор Андреев А.В.
8 семестр
Основные уравнения теории квантовых генераторов и усилителей. Материальные уравнения. Релаксация. Спонтанное излучение. Двухуровневый атом. Самоиндуцированная прозрачность. Система двухуровневых атомов в резонаторе. Усиление импульсов. Распространение солитонов в резонансно-поглощающих средах. Лазер как автоколебательная система. Твердотельный лазер - автоколебательная система с инерционной нелинейностью и накачкой. Процесс установления колебаний в лазере. Режимы гигантских импульсов и синхронизации мод. Динамический хаос в лазерах. Спектр излучения лазера. Сверхизлучение и суперлюминесценция.
Доцент Приезжев А.В.
8 семестр
Физические основы диагностического применения лазеров для исследования биологических макромолекул, живых клеток и многоклеточных структур. Методы, основанные на рассеянии света и флуоресценции. Абсорбционные, калориметрические, интерференционные и другие методы. Физические и фотобиологические аспекты биостимулирующего действия лазерного излучения, флуоресцентной диагностики и фотодинамической терапии опухолей. Элементы фотофизики и фотохимии нуклеиновых кислот.
Доцент Николаев И.П.
8 семестр
Курс знакомит студентов с основными оптическими методами аналоговой обработки информации. Излагается аппарат фурье-оптики, на базе которого рассматриваются следующие конкретные задачи оптической обработки информации: визуализация и восстановление волнового фронта при помощи пространственных фильтров, фурье-голография, согласованная фильтрация, распознавание образов на базе корреляторов с одновременным преобразованием, обработка изображений и оптическая реализация математических операций, вэйвлет-преобразование и др. Наряду с классическими результатами, полученными Цернике, Фуко, Вандер-Люгтом и др., рассматриваются основные современные направления этой бурно развивающейся области оптики.
Д. ф-м н. Карабутов А.А.
8 семестр
Профессор Емельянов В.И.
9 семестр
Доцент Драбович К.Н.
9 семестр
Базовый курс для студентов кафедры общей физики и волновых процессов, включающий в себя физику резонансных оптических процессов, методы их описания и применение в современной лазерной спектроскопии.
Структура курса:
Резонансные взаимодействия электромагнитного излучения с веществом. Метод матрицы плотности. Двух- и трехуровневое приближение. Динамика двухуровневой системы в резонансном поле; осцилляции Раби. Эффект насыщения. Спектроскопия насыщения. Влияние сильного резонансного поля на структуру спектра. Модели "голого" и "одетого" атомов. Интерференция квантовых переходов. Холодные атомные частицы в ловушках.
Многофотонные резонансные процессы. Спектроскопия многофотонного возбуждения. Методы спектроскопии, свободной от доплеровского уширения. Многофотонное поглощение и вынужденное комбинационное рассеяние; описание процессов и спектроскопические методы. Параметрические процессы в резонансных условиях. Интерференция различных каналов возбуждения вещества. Методы спектроскопии многоволнового смешения, включая спектроскопию когерентного антистоксова рассеяния света (КАРС).
Нестационарные резонансные эффекты: затухание свободной поляризации, фотонное эхо, оптическая нутация и др. Когерентная и некогерентная нестационарная спектроскопия одно- и многофотонных переходов.
Профессор Чиркин А.С.
9 семестр
Курс лекций включает классические и квантовые проблемы современной статистической оптики, охватывающей теорию когерентности и флуктуаций световых полей и источников света. Рассмотрены методы анализа случайных классических световых полей, а также способы описания квантовых состояний света. Обсуждаются различные неклассические состояния света (с субпуассоновской статистикой, квадратурно-сжатые, поляризационно-сжатые и перепутанные состояния) и их статистические свойства. Рассматриваются амплитудная интерферометрия и интерферометрия интенсивности, проблема измерения малых времен когерентности и на примере интерферометра Маха-Цендера - проблема повышения чувствительности измерений с неклассическим светом. Излагается теория распространения и дифракции случайных пучков.
Рассмотрены статистические явления в нелинейно-оптических процессах: самовоздействие случайных пучков, умножение частоты случайно-модулированных волн, параметрическое усиление при шумовой накачке. Рассмотрены также вопросы генерации методами нелинейной оптики некласического света и белловских состояний, излагается квантовая телепортация. Обсуждаются временные и пространственные флуктуации одномодового и многомодового лазерного излучения, при этом особое внимание уделяется предельной ширины линии и предельной пространственной когерентности излучения. Излагается теория детектирования света методом счета фотонов. Рассмотрены методы измерения корреляции фотонов.
Спецкурс рассчитан на студентов старших курсов и аспирантов. Он предполагает знание основ квантовой механики, теории случайных функций и статистической радиофизики.
Профессор Платоненко В.Т.
9 семестр
Природа и структура энергетического спектра молекул. Структура колебательного спектра в гармоническом приближении и влияние на нее внутри- и межмодового колебательного ангармонизма. Резонансные и квазирезонансные переходы в многоуровневых системах. Процессы многофотонного и многоступенчатого возбуждения. Причины необратимости переходов, индуцируемых в бесстолкновительном режиме. Усиление пико- и субпикосекундных импульсов света в молекулярных газовых лазерах. Вынужденные рассеяния, четырехволновые взаимодействия, процессы самовоздействия и физика лазерного пробоя
Профессор Романовский Ю.М.
9 семестр
В курсе лекций представлена классификация автоволновых процессов (АВП) и качественные методы их исследования, обсуждаются различные приложения при изучении активных сред, суммируются экспериментальные данные. Различными типами АВП являются следующие: распространение волн (фронтов импульсов), автономные источники генерации волн, синхронизация автоколебаний в пространстве, стохастические автоволны, образование диссипативных структур. В отличие от солитонов, существующих в консервативных системах, АВП возникают в открытых диссипативных распределенных системах. Математической моделью таких процессов является система уравнений диффузии с нелинейными источниками и стоками и нелинейными взаимодействиями между переменными: концентрациями химических ингредиентов, температуры, разностями потенциалов на биомембранах и т.д. Обсуждаются приложения в физике, химии и биологии: двумерные волны в оптически активных средах, распространение фронтов и импульсов в активных кабелях, процессы синхронизации в сетях многих автогенераторов и в распределенных автоколебательных химических реакциях, механо-химические автоволны в живых клетках, образование диссипативных структур в морфогенезе. Основой курса является монография В.А.Васильева, Ю.М.Романовского и В.Г.Яхно "Автоволновые процессы" М: Наука,1987.
Профессор Андреев А.В., доцент Магницкий С.А.
9 семестр
Курс посвящен введению в новую область физики, связанную с методами генерации, формирования и усиления ультракоротких лазерных импульсов, а также особенностям их взаимодействия с различными средами.
Слушатели знакомятся с современным состоянием фемтосекундной нелинейной оптики, спектроскопии и спектрохронографии. Дается представление о современном уровне экспериментального развития квазинепрерывных фемтосекундных лазеров, источников мощных сверхкоротких световых импульсов, корреляционной и нестационарной спектроскопии КАРС.
Рассматривается распространение светового импульса в резонансно усиливающей (поглощающей) "двухуровневой" среде. Для случая коротких импульсов обсуждаются аналитическое решение для интенсивности, уравнение для плотности энергии, формула Франца-Нодвика. Исследуются аналитические свойства диэлектрической проницаемости в диспергирующих средах. Вводится понятие диссипации энергии светового импульса в диспергирующей среде и понятие энергии светового импульса в слабо поглощающих средах. Рассматриваются однофотонное и двухфотонное поглощения. Рассматривается распространение светового импульса в прозрачной изотропной среде. Вводятся понятия длительности, ширины спектра и спектральной плотности импульса, а также понятия спектрально-ограниченного и фазово-модулированного импульсов. Исследуется "чирпирование" гауссовского импульса в линейной диспергирующей среде, а также фазовая самомодуляция регулярных импульсов в средах с безынерционной нелинейностью. Рассматриваются современные методы измерения длительности, профилей интенсивности и поля сверхкоротких световых импульсов, основанные на измерении автокорреляционных функций второго и третьего порядков и методе FROG.
В курсе обсуждаются вопросы синхронизации мод поля в резонаторе, распространение импульсов в диспергирующих средах. Сопоставление когерентных и некогерентных методов генерации УКИ дается на сравнении динамики генерации импульсов в системах с широкой полосой усиления и узкополосных - двухкомпонентных сверхизлучающих средах. Обсуждаются методы управления длительностью и формой импульсов в двухкомпонентных когерентных средах. Излагаются общие свойства полной (неукороченной) системы уравнений Максвелла-Блоха. Обсуждается соотношение между диссипативными и реактивными процессами при взаимодействии УКИ с системой двухуровневых атомов и приводится графическая интерпретация указанного разложения. В заключительной части курса обсуждаются солитонные решения системы неукороченных уравнений Максвелла-Блоха и решение в виде "оптической пули".
Профессор Шмальгаузен В.И., с.н.с. Корябин А.В.
9 семестр
Линейные оптические системы. Аберрации. Критерии качества оптической системы. Случайные аберрации и их статистика. Атмосферные аберрации. Проблема компенсации фазовых искажений в оптике. Адаптивные оптические системы. Потенциальная эффективность адаптивных систем. Измерение фазовых искажений - принципиальные ограничения и методы. Проблема анизопланатизма в адаптивной оптике. Методы адаптивной оптики в приложении к созданию технологических лазеров, систем лазерного термоядерного синтеза, фемтосекундных лазеров и офтальмологии.
Профессор Желтиков А.М.
9 семестр
Курс посвящен физическим основам, актуальным проблемам и последним достижениям фотоники и оптических технологий. В курсе рассматриваются принципы генерации света, методы управления излучением и преобразования оптических сигналов, включая нелинейно-оптические методики. Обсуждаются современные способы регистрация оптических сигналов и измерения длительности и фазы коротких импульсов. Рассматриваются основы волноводной оптики и методы интеграции оптических компонентов. Изучаются новые материалы для фотоники и оптических технологий, включая гетероструктуры, фотонные кристаллы. Обсуждается распространение света и нелинейные эффекты в фотонных кристаллах и методы их изготовления. Подробно рассматриваются методы генерации сверхкоротких импульсов длительностью, соответствующей нескольким периодам оптического поля. Изучаются высокоточные измерения в оптике, включая принципы оптических измерений частоты с использованием стабилизированных частотных гребенок, генерируемых фемтосекундными лазерами.
Профессор Макаров В.А.
10 семестр
Эффекты изменения поляризации света в кристаллах высшей и средней категорий, изотропных гиротропных средах и жидких кристаллах, а также резонаторах на их основе. Проблема граничных условий в задачах электродинамики сред с пространственной дисперсией. Преобразование пространственной когерентности и поляризационных свойств лазерного излучения в нелинейных гиротропных средах. Спектроскопические аспекты нелинейного поляризационного самовоздействия. Пространственная дисперсия; нелинейная оптическая активность; гиротропная среда; взаимодействие и самовоздействие волн
Доцент Гришанин Б.А.
10 семестр
Квантовая теория вероятностей. Алгебра супероператоров. Супероператорное представление двухуровневой системы. Представления Глаубера и Вигнера. Открытые системы. Квантовые случайные процессы. Марковский переходной супероператор. Марковские квантовые случайные процессы. Обобщенный лиувиллиан для квантовых процессов диффузионного и скачкообразного типа. Немарковская динамика. Свободный двухуровневый атом. Спектр флуоресценции двухуровневого атома. Преобразование релаксации под действием сильного поля. Квазиклассическое приближение квантовых флуктуаций. Флуктуации, обусловленные импульсом отдачи. Радиационная раскачка бетатронных колебаний. Эффекты импульса отдачи в атомах. Фононные моды как открытые системы. Бифононы. Квантовые статистические модели в задачах молекулярной динамики
Профессор Кандидов В.П.
10 семестр
Случайные поля: статистически однородное изотропное поле, трехмерный, одномерный, двумерный спектры, квазиоднородное и локально однородное поле. Атмосферная турбулентность: инерционный интервал, закон "двух третей", структурная функция, модели атмосферной турбулентности. Теория однократного рассеяния: борновское приближение. Теория рассеяния Ми, рассеяние в атмосферном аэрозоле. Метод плавных возмущений: приближение Рытова, плоская волна в турбулентной атмосфере. Метод параболического уравнения: применимость. Марковское приближение, уравнения для моментов поля, модель фазовых экранов. Метод статистических испытаний. Нелинейная оптика случайно-неоднородных сред. Преобразование статистики частично-когерентного импульса и пучка при самовоздействии.
Профессор Желтиков А.М.
10 семестр
Курс посвящен физическим основам и методам нестационарной лазерной спектроскопии быстропротекающих процессов и технике когерентного и квантового контроля. Курс включает следующие основные разделы: введение и основные понятия лазерной спектрохронографии и когерентное управления; Оптический отклик вещества на короткий лазерный импульс; когерентное управление; лазерная спектрохронография; спектроскопия центросимметричных сред; спектроскопия оптических нелинейностей нецентросимметричных изотропных сред; Фазовое управление и синтез сверхкоротких импульсов; терагерцовые импульсы; лазерное управление атомами, лазерное охлаждение и Бозе-конденсация.
Доцент Ильинова Т.М.
10 семестр
Теория резонансного взаимодействия световых импульсов разной длительности с атомами, молекулами и полупроводниками. Ансамбль линейных дипольных осцилляторов с разными собственными частотами и классическая теория резонансной оптики. Двухуровневая и трехуровневая модели среды, модель двух сплошных энергетических зон. Оптические уравнения Блоха и уравнения для матрицы плотности. Релаксационные процессы, времена продольной, поперечной и внутризонной (вращательной) релаксаций. Распространение импульсов в нелинейных поглотителях и оптических усилителях. Затухание свободной поляризации. Оптическая нутация. Самоиндуцированная прозрачность. Нелинейные свойства оптических усилителей, фотофозбуждение прямозонного полупроводника импульсной накачкой
Профессор Платоненко В.Т.
10 семестр
Курс знакомит с физикой и методами теоретического описания явлений, протекающих при воздействии на вещество коротких световых импульсов сверхвысокой интенсивности. Рассматриваются вопросы: ионизация атомов и ионов в сильных полях и генерация гармоник высокого порядка; комптоновское рассеяние (включая вынужденное) и схемы лазеров на свободных электронах; самоканалирование релятивистских пучков в плазме; процессы в плазме, создаваемой при воздействии пико- и фемтосекундных импульсов на твердые мишени; вынужденные рассеяния света и параметрические процессы в плазме в условиях экспериментов по лазерному термоядерному синтезу.
Доцент Савельев А.Б.
10 семестр
Поглощение и отражение сверхкороткого лазерного импульса. Ионизация в неравновесной плазме. Формирование тепловых и ударных волн. Гидродинамический разлет плазмы. Ускорение ионов в плазме. Генерация горячих электронов. Рентгеновское излучение плазмы. Моделирование плазмы методом PIC. Оптическая диагностика плазмы. Релятивистские эффекты в плазме. Взаимодействие с модифицированными мишенями. Генерация когерентного рентгеновского излучения в фемтосекундной лазерной плазме. Ядерные процессы в плазме. Применение фемтосекундной лазерной плазмы.
Доцент Паращук Д.Ю.
10 семестр
В курсе излагаются электронные и оптические свойства ряда новых материалов перспективных для оптоэлектронных технологий будущего, а также оптические методы их спектроскопии. Основное внимание уделено полимерным органическим материалам (сопряженным полимерам), для которых уже продемонстрированы: металлическая проводимость, рекордно высокий и быстрый нелинейно-оптический отклик, лазерный эффект и т.д. Рассмотрены широкие возможности управления свойствами в фуллеритах и углеродных структурах. Также излагаются свойства новых материалов, основанных на традиционных неорганических полупроводниках: фотонные кристаллы, наноструктуры. Определенное внимание уделено проблеме высокотемпературной сверхпроводимости в керамиках. Затронуты проблемы дефектов и стабильности в новых материалах, обсуждается одна из ключевых задач, заключающаяся в преодолении пути от демонстрации эффекта или явления до свойства реального материала. В курсе дается феноменологическая картина электронных и оптических свойств (нелинейно-оптический отклик, люминесценция, транспорт заряда и др.), затем следует квантомеханическое описание в рамках ряда микроскопических моделей как на молекулярном языке, так и в терминах теории твердого тела. Заключительная часть курса посвящена оптической спектроскопии новых материалов: сопряженные полимеры, фуллериты, фотонные кристаллы, наноструктуры, нелинейно-оптический отклик, спектроскопия
Профессор Романовский Ю.М., доцент Чикишев А.Ю.
10 семестр
Функциональная активность биомакромолекул тесно связана с конформационной динамикой этих "гигантов" молекулярного мира. Полное понимание основных физико-химических процессов, обеспечивающих высочайшую эффективность биомолекул (например, белков), невозможно без знания динамических свойств их молекулярной структуры.
Методы лазерной спектроскопии являются поистине незаменимыми в этих исследованиях, поскольку обеспечивают не только высокую информативность, но и предельное временное разрешение на уровне нескольких фемтосекунд. Методы лазерной спектроскопии позволяют исследовать практически все типы внутримолекулярной динамики: колебания, релаксационные движения, конформационную подвижность и т.п. Интерпретацию экспериментальных результатов и планирование новых экспериментов трудно себе представить без использования компьютерного моделирования.
В лекционном курсе приводятся основные физические параметры и характеристики биомакромолекул (белков, нуклуиновых кислот, липидов и др.). Приводится обзор современных методов лазерной спектроскопии (включая методы спектроскопии с временным разрешением), применяемых для исследования биологических молекул. Рассматривается несколько подходов к моделированию внутримолекулярной динамики (кластерная и молекулярная динамика, электромеханические модели, квантово-механические модели).
Слушатели лекционного курса приобретают знания в области современной экспериментальной лазерной физики и современных методов компьютерного моделирования молекулярной динамики.