Спектроскопія швидкозмінних процесів

Тип: Нормативний

Кафедра: експериментальної фізики

Навчальний план

СеместрКредитиЗвітність
115Іспит

Лекції

СеместрК-сть годинЛекторГрупа(и)
1116професор Волошиновський А. С.

Лабораторні

СеместрК-сть годинГрупаВикладач(і)
1132професор Волошиновський А. С.

Опис навчальної дисципліни

Мета  –  Розкрити фізичні основи отримання коротких та надкоротких світлових імпульсів, ознайомитись з методами спектроскопії з часовим розділенням, фізичними процесами з надшвидкими часами релаксації.

 

Завдання – Навчити студентів оволодіти методами отримання коротких світлових імпульсів, вивчити обладнання та математичний апарат для аналізу амплітуди та форми імпульсів. Вивчити фізичні основи та апаратурне забезпечення для створення імпульсних лазерів піко- та фемтосекундного діапазону, надшвидкі фізичні процеси;  імпульсну абсорбційну, люмінесцентну та лазерну спектроскопію.

В результаті вивчення даного спецкурсу студент повинен

 

знати:

  • математичні методи обробки результатів часових вимірювань;
  • фізичні основи та апаратурне забезпечення для створення імпульсних лазерів піко- та фемтосекундного діапазону;
  • механізми надшвидких фізичних процесів;
  • імпульсну абсорбційну, люмінесцентну та лазерну спектроскопію;

 

вміти:

  • оволодіти методами отримування коротких світлових імпульсів;
  • вивчити обладнання та математичний апарат для аналізу амплітуди та форми імпульсів;
  • вимірювання часових параметрів для отримання оптичних характеристик матеріалів.

 

Рекомендована література

Базова 

  1. С. А. Ахманов, В. А. Выслоух, А. С. Чиркин. Оптика фемтосекундных лазерных импульсов. — М.: Наука, 1988.
  2. Сверхкороткие световые импульсы. Под ред. С.Шапиро. М.: Мир, 1981.
  3. Херман Й., Вильгельми Б. Лазеры сверхкоротких световых импульсов. Под ред. П.Г.Крюкова. М.: Мир, 1986.
  4. Параметрические генераторы света и пикосекундная спектроскопия. Под ред А.Пискарскаса. Вильнюс: Мокслас. 1983.
  5. Зельдович Б.Я., Кузнецова Т.И. Генерация сверхкоротких импульсов света с помощью лазеров. УФН. 1972. Т.106. – С.47.
  6. Ахманов С.А., Выслоух В.А., Чиркин А.С. Самовоздействие волновых пакетов в нелинейной среде и генерация фемтосекундных лазерных импульсов. УФН. Т.149.В.3. – С.450.
  7. Измерение длительности сверхкоротких импульсов УФ излучения. Препринт физического факультета МГУ. № 26. М., 1987.

Допоміжна 

  1.  Прохоров А.М. К 25-летнему ювилею лазера. УФН. 1986. Т. 178. – С.3
  2. Басов Н.Т. Квантовая электроника в Физическом институте им. П.Н.Лебедева. УФН. 1986. Т.148. – С.313.
  3. Рахманов С.А., Выслоух В.А., Чиркин А.С. Оптика фемтосекундных лазерних импульсов. М., Наука. 1988. – 312 с.
  4. Шен И.Р. Принципы нелинейной оптики. Под ред.. С.А.Ахманова. М.: Наука, 1989.
  5. http://www.wikipedia.org.

Програма навчальної дисципліни

Змістовий модуль 1. Спектроскопія швидкозмінних процесів.

Тема 1. Основні тенденції у розвитку спектроскопії з часовим розділенням. Абсорбційна та люмінесцентна спектроскопія. Імпульсні високоенергетичні збудження. Імпульсна лазерна спектроскопія.

Тема 2. Імпульсні джерела збудження. Іскровий розряд. Синхротронне випромінювання. Імпульсні пучки заряджених частинок. Сильнострумові прискорювачі електронів, γ-джерела. Імпульсні лазери.

Тема 3. Математичні методи обробки результатів часових вимірювань. Апаратна функція часового спектрометра. Рівняння згортки для збуджуючого імпульсу та імпульсу відгуку системи. Деконволюція. Чисельні методи розв’язування інтегро-диференціальних рівнянь Фрейнгольда 1-го роду. Метод регуляризації Тихонова. Ітераційні методи розв’язування некоректних математичних задач.

Тема 4. Імпульсні лазери. Генерація коротких лазерних імпульсів. Амплітудна модуляція. Механічна та електрооптична модуляція. Модуляція добротності лазерних резонаторів. Генерація «гігантських» оптичних імпульсів. Пікосекундні лазери. Фазова модуляція. Активна та пасивна синхронізація мод. Здвоєний режим роботи лазерів – синхронізація і модуляція добротності. Самосинхронізація мод. Оптична компресія. Схеми компресії.
Фемтосекундні лазерні системи. Задаючі генератори з фіксованою довжиною хвилі на основі твердо тільних та іонних лазерів. Перестроювані по частоті джерела спектрально-обмежених імпульсів. Нелінійно-оптичні компресори. Волоконно-оптичні модулятори та граткові компресори з фільтрами спектральних компонент. Нелінійно-оптичні компресори з параметричним перетворенням частоти. Підсилення надкоротких імпульсів. Широкосмугові оптичні підсилювачі.
Техніка вимірювань фемтосекундних імпульсів. Електронно-оптичні методи. Корелятори для фемтосекундних імпульсів.

Тема 5. Імпульсна абсорбційна спектроскопія з часовим розділенням. Імпульсний абсорбційний спектрометр на базі лінійного прискорювача електронів. Абсорбційна спектроскопія з подвійним збудженням. Короткоживучі пари френкелівських дефектів. Ефект «радіаційної» тряски.

Тема 6. Люмінесцентна спектроскопія з часовим розділенням. Часові параметри вторинних процесів випромінювання (люмінесценція, «гаряча» люмінесценція, різні види розсіяння світла, випромінювання Вавілова-Черенкова). Вплив процесів дезактивацій збуджених станів, температурного та концентраційного гасіння на кінетику випромінювання.

Тема 7. Міграційні процеси. Передача енергії збудження від донора до акцептора. Статичний перенос енергії збудження від матриці до випромінюючих центрів. Мультипольна взаємодія і її прояв в часових параметрах люмінесценції.
Процеси випромінювальної релаксації в субнаносекундному часовому інтервалі. Механізми над швидкої люмінесценції. Між зонні та внутрізонні випромінювальні переходи. Розпад високо енергетичних електронних збуджень. Автолокалізація електронних збуджень (Vk-центри, автолокалізовані екситони).

Тема 8. Лазерна імпульсна спектроскопія. Спектроскопія когерентних нестаціонарних процесів. Імпульсна Фур’є-спектроскопія. Нелінійні ефекти при збудженні над короткими імпульсами.