Хорариум:
60 + 0 + 0 = 60 часа
Кредити (ECTS): 5,0
Лектор: проф. Александър Драйшу
Анотация:
Чрез изборната дисциплина “Оптични вълни в линейни и нелинейни среди” студентите от специалност Фотоника и лазерна физика ще получат систематизирани знания по оптика на Гаусовите снопове, оптика на вълновите пакети, матрични методи за описание на пространствените, поляризационните и пространствено-времевите характеристики на оптичните вълни, фазовите дислокации в оптични полета. Във втората част на курса се прави преход към нелинейната оптика. Въвеждат се порядъците и типовете нелинейност, нелинейните процеси от трети порядък, методите за пресмятане и измерване на нелинейни възприемчивости, времеви и пространствени Шрьодингерови солитони, методите за свръхбърз, напълно оптичен контрол на параметрите на лазерно лъчение. Предвидени са седмично 4 часа лекции (общо 60 часа за целия курс). На определен етап от лекциите ( в частта на нелинейната оптика) на студентите се дават малки теми за самостоятелно разработване и представяне пред колегите им. Дисциплината “Оптични вълни в линейни и нелинейни среди” подготвя основата за по-високи нина на курсове по нелинейна оптика, както и за редица магистърски курсове (напр. по оптични комуникации и по физика на мощните оптични полета).
В края на всяка тема лекторът посочва литературни източници, в които се съдържа информация по обсъжданите проблеми – учебници, монографии и статии. Най-малко в приемното си време лекторът дава консултации по съдържанието на лекционния материал, но не изнася повторни лекции. Десет процента от теглото на оценката се определя от нивото на подготовката и на презентацията на предварително зададената тема. Седемдесет процента от оценката се формира след изпит, на който всеки студент развива писмено 2 въпроса. За уточняване на оценката се отговаря на 2 до 4 допълнителни въпроса. Оценка (3) се получава, ако студентът е вникнал в същността на физическите процеси и на връзките между тях и е развил един въпрос; оценка (4) – при развит един и частично развит втори въпрос, при правилни отговори на допълнителните въпроси; (5) при два развити въпроса и правилни отговори на допълнителните въпроси, но с пропуски. Отлична оценка се получава при пълно (и с разбиране) излагане на преподавания материал и изчерпателни отговори на допълнителните въпроси.
Предварителни изисквания:
Прослушан базов курс по оптика и по оптични прибори, познания по линейна алгебра (матрично смятане). Курсът е задължителен за студентите от специалност Фотоника и лазерна физика.
Програма на курса:
- Увод. Вълни. Електромагнитни вълни. Поляризация. Уравнения на Максуел. Системи CGSE и SI. Закони за запазване. Вълново уравнение и уравнение на ейконала. Приближение на геометричната оптика. (3 часа)
- Вълни в нееднородни среди. Отражение и пречупване на светлината на границата между две среди. Разпространение на светлината в периодични структури. Многослойни диелектрични покрития – типове, характеристики, методи за отлагане. (4 часа)
- Интерференция. Време и дължина на кохерентност. Лазерна интерферометрия. Компютърно-генерирани холограми. Количествени фазови измервания. Лазерният резонатор като еталон на Фабри-Перо. Селекция на надлъжни модове в лазерите. (5 часа)
- Типове резонатори. Модова структура. Връзка между обемната спектрална плътност на модовете и спектралната плътност на енергията. Теория на Шаулоу и Таунс за откритите оптични резонатори. Теория на Фокс и Ли. Ермит-Гаусови модове. (5 часа)
- Матрична оптика – приближения, валидност. Извод на (2x2) матриците на свободен проход, сферична граница между два диелектрика и тънка леща. Физически смисъл на матричните елементи. Матрично описание на оптични резонатори. Еквивалентност на условията за устойчивост, изведени чрез g-параметрите и ABCD-матрицата. Матрици (4x4) за пространствено-времево описание на еволюцията на снопове и импулси. Вектори и матрици на Джонс за описание на еволюцията на поляризацията. (8 часа)
- Дифракция. Нееднородно уравнение на Френел и Кирхоф. Близка и далечна зона. Дифракция на Гаусови снопове. Комплексен параметър на снопа. Връзка между оптиката на Гаусови снопове и матричната оптика. (4 часа)
- Вълнови пакети. Дисперсия на показателя на пречупване. Квантовомеханична интерпретация на резултати, получени на базата на модела на хармоничен осцилатор. Плазмена честота. Квазимонохроматично приближение. Дисперсия от различни порядъци. Влияние на дисперсията на груповата скорост и трети порядък на дисперсията. Свръхкъси светлинни импулси в диспергиращи среди. Метаматериали-основни понятия. (6 часа)
- Оптични нелинейности. Природа. Тензорен характер. Локалност, сила и време на отклика. Пресмятане на нелинейни възприемчивости посредством формализма на Файнмановите диаграми. Измерване чрез техниката на “z-скенера”. (5 часа)
- Нелинейно уравнение на Шрьодингер. Валидност на приближението на бавноизменящите се амплитуди. Непълнота на пространствено-времевата аналогия. Физическа интерпретацията членовете на уравнението. Оптични влакна. Модова структура. (4 часа)
- Пространствена фазова самомодулация в кубични нелинейни среди. Дифракционна и нелинейна дължина. Анализ на стабилността на решенията на едномерно уравнение на Шрьодингер. Светли и тъмни солитони – условия за съществуване, характеристики, оптични вихрови солитони, двумерни и квазидвумерни солитоноподобни вълни. (6 часа)
- Приближени аналитични и числени методи за анализ на нелинейното уравнение на Шрьодингер: Вариационен подход – същност, валидност, ограничения. Фурие-метод на разделената стъпка – същност, точност, критерии за оценка на грешката. (5 часа)
- Фазова самомодулация и индуцирана фазова модулация – сравнителен анализ във времето и в пространството. Свръхкъси импулси и оптични отклонители. Промяна на формата на свръхкъси лазерни импулси. Идея за паралелна, напълно-оптична обработка на цифрова информация. (5 часа )
Формата на контрол е изпит
Основна литература:
- О. Звелто, Принципы лазеров, Изд. Мир, Москва, 1984 и следващите издания
- Сивухин, “Оптика”
- А. Ярыв, П. Юх, “Оптические волнu в кристаллах”, Москва, Мир, 1987.
- И. Пахомов, А. Цибуля, “Расчет оптических систем лазерных приборов”, Радио и связ, Москва, 1986
- A. Kostenbauder, IEEE J. Quant. Electron., QE-26, 1148-1157 (1990).
- П. Войтович, В. Севериков, “Лазеры с анизотропными резонаторами”, Минск, Наука, 1988
- G. P. Agrawal, “Nonlinear Fiber Optics”, Academic, Boston, 1989 и следващите издания
- R. W. Boyd, “Nonlinear Optics”, Academic, Boston, 1992 и следващите издания
- 11 M. Sheik-Bahae, et al., IEEE J. Quant. Electron., QE-26, 760-769 (1990)
- P. Baldeck et al., Appl. Phys. Lett., 52, 1939 (1988)
- М. Виноградов, О. Руденко, А. Сухоруков, “Теория волн”, Москва, Наука, 1990
Допълнителна литература:
- R. R. Alfano, The Supercontinuum Laser Source (Springer, 1989)
- R. K. Dodd, J. C. Eilbeck, J. D. Gibbon, H. C. Morris (eds), Solitons and Nonlinear Wave Equations (Academic, 1984)
- S. John, Phys. Rev. Lett. 58, 2486 (1987); E. Yablonovich, , Phys. Rev. Lett. 58, 2059 (1987); A. Sharkawy, S. Shi, D. Prather, Appl. Optics 40, 2247 (2001).
- P. Agostini et al., Phys. Rev. Lett. 42, 1127 (1979);J. Wildenauer, J. Appl. Phys. 62, 41 (1987):P. Salieres et al., Science, 292, 902 (2001).
- W. Demtroeder, Laserspektroskopie - Grundlagen und Techniken (Springer, 2000)
- H. Metcalf, P. van der Straten, Laser Cooling and Trapping (Springer, 1999).
Съставил програмата: проф. А. Драйшу
06.03.2013г.
Вашите коментари изпращайте
тук
2014-03-30
