Взаимодействие электромагнитного излучения с плазмой

5 курс, 9 семестр, 36 часов.

Свободный электрон в поле электромагнитной волны. Классическое нерелятивистское приближение. Релятивистские поправки. Удержание электрона полем стоячей электромагнитной волны. Рассеяние излучения на удвоенной частоте. Световое давление.

Слабоионизованная плазма в поле электромагнитной волны. Поглощение электромагнитного излучения в плазме при упругом рассеянии электрона на атомах или молекулах (обратный тормозной эффект). Классическое приближение.

Пробой газов излучением оптической частоты. Элементарная теория.

Поглощение электромагнитного излучения в плазме. Формулы Крамерса и Крамерса – Унзольда.

Распространение разрядов. Аналогия с горением. Световая детонация. Теплопроводностный и радиационный режимы распространения.

Комплексная диэлектрическая проницаемость и проводимость плазмы.

Теория Друде металлов.

Распространение электромагнитного излучения в плазме.

Поверхностные электромагнитные волны.

Квантовомеханическая теория обратного тормозного эффекта. Модель Бункина - Федорова.

Однофотонное и многофотонное поглощение электромагнитного излучения в плазме. Сопоставление квантовой и классической теорий явления.

Кинетическая теория слабоионизованной плазмы в электромагнитном поле. Уравнение Больцмана для функции распределения электронов по энергиям (ФРЭ) в низкотемпературной плазме. Двучленное приближение. Интегралы упругих и неупругих столкновений.

Решение кинетического уравнения в двучленном приближении. Распределения Максвелла, Маргенау и Дрювестейна.

Кинетическая теория пробоя газов высокочастотным электромагнитным полем.

Квантовое кинетическое уравнение и предельный переход к классической теории.

Кинетическое уравнение Больцмана с учетом пространственной неоднородности электромагнитного поля. Влияние эффекта пространственной нелокальности ФРЭ на величину кинетических коэффициентов плазмы.

Выход за рамки двучленного приближения. Применение метода Монте-Карло к расчету ФРЭ и кинетических коэффициентов плазмы.

Литература

• Райзер Ю.П. Лазерная искра и распространение разрядов. М.: Наука, 1974
• Райзер Ю.П. Основы современной физики газоразрядных процессов. М.: Наука, 1980
• Райзер Ю.П. Физика газового разряда. М.: Наука, 1987

Физика лазеров и нелинейная оптика

4 курс, 8 семестр, 32 часа.

Введение. Общие принципы описания системы “вещество + электромагнитное поле”. Атомы и молекулы (классические и квантовые молекулы). Квантовая система в поле элек-тромагнитной волны. Дипольное приближение: pA- и dE- калибровки.

Нестационарная теория возмущений (первый и второй порядки теории возмущений). Од-нофотонные и двухфотонные переходы. Вероятность перехода в единицу времени.

Линейная и нелинейная атомные восприимчивости. Сопоставление с классикой. Сила осциллятора.

Высшие порядки теории возмущений. Многофотонные процессы. Понятие о диаграммах Фейнмана.

Электромагнитные переходы в молекулах. Система электронных термов молекулы. Фак-торы Франка - Кондона. Электронные и колебательные переходы в молекулах.

Приближение двухуровневой системы. Осцилляции Раби. и импульсы. Све-тоиндуцированная прозрачность.

Описание среды в терминах матрицы плотности. Матрица плотности двухуровневой сис-темы. Физический смысл диагональных и недиагональных элементов. Релаксация.

Основы полуклассической теории лазеров.

Приближение скоростных уравнений. Трех- и четырех - уровневые схемы накачки.

Модуляция добротности и генерация гигантских импульсов. Синхронизация мод и ульт-ракороткие импульсы.

Физика фемто- и аттосекундных импульсов.

Обзор различных типов лазеров. Твердотельные (рубиновый, неодимовый) и газовые электроразрядные, химические и газодинамические лазеры. Лазер на свободных электронах.

Уравнения Максвелла в нелинейной среде. Приближение медленно меняющихся ампли-туд.

Генерация оптических гармоник в среде с квадратичной нелинейностью. Условие фазово-го синхронизма. Генерация второй гармоники в одноосных кристаллах.

Спонтанное и вынужденное комбинационное рассеяние.

Когерентное антистоксово рассеяние света.

Самофокусировка электромагнитного излучения в нелинейной среде.

Рассеяние Мандельштама - Бриллюена.

Обращение волнового фронта.

Квантовое электромагнитное поле. Стационарные (фоковские), когерентные и «сжатые» состояния. Классическое электромагнитное поле в квантовой теории.

Взаимодействие атомной системы с квантовым электромагнитным полем.

Литература

• С.А.Ахманов, С.Ю.Никитин Физическая оптика, М.: МГУ, 1998
• О.Звелто Физика лазеров, М.: Мир, 1979
• Н.В.Карлов Лекции по квантовой электронике, М.: Наука, 1983
• Н.Б.Делоне Взаимодействие лазерного излучения с веществом, М.: Наука, 1989
• Н.Б.Делоне, В.П.Крайнов Атом в сильном световом поле, М.: Энергоатомиздат, 1984
• Д.Н.Клышко Физические основы квантовой электроники, М.: Наука, 1986
• Д.Н.Клышко Фотоны и нелинейная оптика, М.: Наука, 1980