Перечень спецкурсов для студентов.

Оптические методы в информатике – профессор, д.ф.- м.н. О.Е.Наний
Люминесценция кристаллов – доцент, к.ф.- м.н. И.А.Каменских
Прикладная компьютерная оптика – с.н.с., к.ф.- м.н. В.В.Попов
Физика фундаментальных взаимодействий – профессор П.В.Короленко
Оптические спектры атомов и молекул – доцент, д.ф.- м.н. А.И.Одинцов
Оптика когерентного излучения – профессор П.В.Короленко
Компьютерные методы в обработке результатов эксперимента и моделировании физических задач – профессор А.Н.Васильев
Теория синхротронного излучения – ст.преп., к.ф.- м.н. О.С.Павлова
Введение в искусственные нейронные сети и генетические алгоритмы – профессор И.Г.Персианцев
Люминесценция редкоземельных ионов – профессор Ю.П.Тимофеев
Физика лазеров – профессор, д.ф.- м.н. О.Е.Наний
Физика конденсированного состояния вещества – профессор А.Н.Васильев
Взаимодействие излучения с веществом и нелинейная оптика – с.н.с., д.ф.- м.н. В.И.Одинцов
Молекулярная люминесценция – профессор А.М.Салецкий
Лазерная спектроскопия – профессор А.И.Федосеев
Статистическая оптика – профессор П.В.Короленко
Методы анализа стохастических сигналов и структур в оптике – профессор П.В.Короленко
Безызлучательный перенос энергии в конденсированных средах – профессор В.А.Смирнов
Рентгеновская оптика – профессор А.В.Виноградов
Оптические приборы в каналах синхротронного излучения – с.н.с. к.ф.-м.н. В.Н.Колобанов
Введение в интегральную и волоконную оптику – н.с., к.т.н. В.Г.Воронин
Спектроскопия атомов и атомные столкновения – профессор В.С.Сенашенко
Вторичные процессы в диэлектрических кристаллах – профессор А.Н.Васильев

Синхротронное излучение в биологии и медицине – к.ф.-м.н. А.А.Вазина
Лазеры в медицине – доцент, к.ф.-м.н. О.М.Вохник

Методы ВУФ – спектроскопии – замена
Вопросы современной оптики и спектроскопии – замена
Синхротронное излучение и его применения – замена
Спектроскопия твердого тела – замена

Экспериментальные методы в оптике – замена

Оптические методы в информатике

Автор программы: профессор, д.ф.- м.н. О.Е.Наний

4-й курс, 7-й семестр, 36 часов

Введение

1.Оптические измерительные устройства.

Оптические измерительные преобразователи. Волоконно-оптические датчики. Измерительные устройства на основе многоканальных лазеров. Распределенные датчики.

2.Основы оптической связи.

Методы модуляции света. Волоконно-оптические линии связи. Цифровая и аналоговая передачи информации.

3. Распространение световых импульсов в волоконных световодах.

Хроматическая дисперсия. Методы компенсации хроматической дисперсии.
Поляризационная модовая дисперсия и методы ее компенсации.

4.Влияние нелинейных эффектов на распространение световых импульсов в волоконных световодах.

5. Оптический усилитель.
6. Оптические методы записи и хранения информации.

Долгоживущее оптическое эхо. Волоконно-оптическая память

7.Физические принципы цифровой оптической обработки информации.

Оптические бистабильные устройства и логические элементы. Информационные характеристики ансамблей бозонов и фермионов (фотонов и электронов). Оптические процессоры.

Литература

1.Дж.Гудмен. Введение в Фурье-оптику. М., “Мир”, 1970.

2.Р.М.Гальярди, Ш.Карп. Оптическая связь. М., “Связь”, 1978.

3.Новые  физические   принципы  оптической обработки информации. Под ред. С.А.Ахманова и М.А.Воронцова. М., “Наука”, 1990.

4.Л.С.Корниенко, О.Е.Наний. Физика лазеров. Ч.2. М., Изд-во Московского университета, 1995.

5.М.А.Гладышевский, О.Е.Наний, Н.К.Сабинин, А.Н.Туркин, Д.Д.Щербаткин ”Оптическое волокно для систем передачи информации”

Люминесценция кристаллов

Автор программы: ст. науч. сотр.,  к.ф.- м.н. И.А.КАМЕНСКИХ

4-й курс, 7-й семестр, 36 часов

1. Предмет люминесценции, как один из разделов спектроскопии. Традиционная классификация явлений люминесценции (в зависимости от метода возбуждения; по длительности свечения и т.д.). Представление о кристаллофосфорах как широкозонных полупроводниках, их основные характеристики. Зонная схема кристаллов с центрами свечения и центрами захвата. Механизмы внутрицентрового и рекомбинационного свечения.
2. Классическая теория поглощения и испускания света – дипольные и квадрупольные излучения; вероятности испускания и поглощения. Гармонический осциллятор. Элементы квантовой теории поглощения и испускания; уровни энергии и спектры. Уравнение Шредингера для стационарных состояний.
3. Кинетика послесвечения при внутрицентровой и рекомбинационнной люминесценции. Рекомбинационное взаимодействие центров свечения различных типов. Стационарная люминесценция. Внешнее тушение. Оптическое освобождение электронов и дырок.
4. Спектры поглощения и излучения кристаллов в модели потенциальных кривых центра свечения. Расчет спектров излучения и поглощения в модели конфигурационных кривых. Внутреннее тушение. Температурное и оптическое тушение люминесценции.
5. Зонная модель кристаллофосфора с несколькими сортами центров свечения и захвата. Кинетические уравнения. Баланс электронов и дырок на уровнях энергий при стационарном возбуждении.
6. Основные характеристики кристаллофосфоров и методы их определения: спектральные и кинетические. Спектры возбуждения люминесценции. Фотопроводимость и фотоэлектронная эмиссия. Термическое освобождение электронов из ловушек и длительность фосфоресценции. Метод термовысвечивания. Аккумуляционная способность кристаллофосфоров. Явление оптической вспышки. Высвечивающее и тушащее действие возбуждающего света.
7. Поглощение и перенос энергии в кристаллах. Процессы релаксации поглощенной энергии. Резонансная передача энергии и сенсибилизированная люминесценция. Антистоксова люминесценция.
8. Энергетический и квантовый выход люминесценции. Размножение электронных возбуждений. Экситоны. Излучательная рекомбинация в области края фундаментального поглощения. Исследование оптических свойств люминесценции кристаллов с использованием синхротронного излучения. Оптическое поглощение, соотношение между оптическими постоянными. Соотношения Крамерса – Кронига.
9. Дефекты кристаллической решетки: собственные дефекты как центры свечения и захвата; примесные дефекты. Активаторы и соактиваторы. Принципы компенсации заряда и объема. Линейные и поверхностные дефекты в кристаллах. Ассоциативные центры.
10. Возможности использования синхротронного излучения в экспериментах с люминесцирующими кристаллами: фотонное умножение, вторичные экситоны, кросслюминесценция, поляризованная люминесценция, рентгеновская люминесценция.

Литература

1.Д.Кюри. Люминесценция кристаллов. М., Изд-во иностранной литературы. 1961.

2.В.В.Антонов-Романовский.    Кинетика  фотолюминесценции  кристаллофосфоров. М., “Наука”. 1966.

3.М.В.Фок. Введение в кинетику люминесценции кристаллофосфоров. М., “Наука”. 1964.

4.А.Н.Васильев. В.В.Михайлин. Введение в спектроскопию твердого тела.  М., Изд-во Московского университета. 1987.

5.А.М.Гурвич. Введение в физическую химию кристаллофосфоров. М., “Высшая школа”. 1976.

6.А.С.Давыдов. Теория твердого тела. М., “Наука”, 1976.

7.Б.И.Степанов, В.П.Грибковский. Введение в теорию люминесценции. Минск, Изд-во АН БССР, 1963.

Прикладная компьютерная оптика

Автор программы: ст.науч.сотр., к.ф.-м.н. В.В.Попов

4-й курс, 7-й семестр, 32 часа

1.Основные понятия. Оптический элемент. Фазовая функция. Приближения: геометрическая оптика, уравнение Кирхгофа.

2.Амплитудные и фазовые элементы. Зонная пластинка Френеля. Метод векторных диаграмм. Линза Френеля. Идеальная тонкая линза Френеля. Свойства идеальной тонкой линзы Френеля (аберрации: хроматическая, геометрическая).

3.Задача фокусировки в отрезок кривой. Постановка обратной задачи. Методы решения. Приближение геометрической оптики. Понятие слоев. Гладкие и негладкие решения. Распределение энергии вдоль кривой. Соотношение геометрического и волнового приближений (прямая задача). Фокусаторы лазерного излучения.

4.Общая задача создания заданного распределения излучения на плоскости. Волновое управление. Существование и единственность решений. Итеративные методы. Сходимость. Точность решения. Минимизация функционала. Пример Даммановской решетки.

5.Практическая реализация итеративных методов. Киноформ. Основные уравнения. Точность аппроксимации.

6.Физические и компьютерно синтезированные голограммы (CGH). Физическая голограмма – метод записи амплитуды и фазы. Тонкие и толстые голограммы. Голограммы Денисюка. Радужные голограммы. Методы кодирования амплитуды и фазы в CGH. Преимущества и недостатки CGH.

7.Технология изготовления элементов компьютерной оптики. Идеальная тонкая линза. Методы создания непрерывного рельефа. Селективное дубление желатина. Фотохромные стекла. Халькогенидные стекла. Фазовый непрерывный рельеф.

8.Технология фотолитографии. Ступенчатый рельеф. Точность изготовления. Энергетические и другие свойства многоградационных элементов. Технология получения микрорельефа. Оптическая литография. Фоторезисты. Предельные возможности оптической литографии. Рентгеновское и синхротронное излучение. Электронно-лучевая литография.

9.Прикладные задачи компьютерной оптики. Коррекция волнового фронта. Фокусаторы лазерного излучения. Фокусировка в отрезок с заданным распределением интенсивности (термоупрочнение). Фокусировка в дугу окружности (термораскалывание). Фокусировка в символы (маркировка). Заданное распределение интенсивности в фокальном пятне (пробивка отверстий). Ответвители энергии (контроль параметров пучка). Делители пучка. Создание изображений в фокальной плоскости линзы.

10.Оптика мягкого рентгеновского излучения. Оптические свойства материалов. Проблема создания изображения. Амплитудные зонные пластинки. Фазовая рентгенооптика.  Многослойные зеркала. Оптика скользящего падения.

11.Прикладная компьютерная голография. Создание оптических эффектов с помощью дифракционных решеток. Дифракционные картины в реальных цветах. Имитация объемных эффектов. Стереоизображения. Синтез 2D-3D голограмм. Технология изготовления и тиражирования пленочных голограмм. Применение пленочных голограмм.

Литература

1.Г.С.Ландсберг. Оптика. М., “Наука”, 1976.

2.Н.И.Калитиевский. Волновая оптика. М., “Наука”, 1971.

3.А.В.Гончарский, В.В.Попов, В.В.Степанов. Введение в компьютерную оптику. М.,  Изд-во Московского университета, 1991.

4.Методы компьютерной оптики. Под ред. В.А.Сойфера. М., Физматлит, 2000.

5.И.Н.Троицкий, А.Н.Сафонов, А.А.Демин. Зарубежная радиоэлектроника, № 9, 1978.

6.А.Мишетт. Оптика мягкого рентгеновского излучения. М.,“Мир”,1989.

Физика фундаментальных взаимодействий

Автор программы: профессор П.В.Короленко

4-й курс, 8-й семестр, 36 часов

1. Экспериментальная техника.

Ускорители частиц. Использование ускорителей в режиме выведенных пучков и в режиме коллайдеров.

Методы детектирования частиц. Газоразрядные и сцинтилляционные счетчики. Камера Вильсона, диффузионная, пузырьковая, искровая и эмульсионная камеры.

Применение лазерной техники. Возможности лазерной спектроскопии. Генерация и использование сверхсильных лазерных полей.

2.Общая характеристика фундаментальных взаимо- действий и элементарных частиц

Электромагнитные взаимодействия. Фото- и комптон- эффекты. Образование электрон-позитронных пар. Тормозное излучение.

Слабые взаимодействия. b – распад атомных ядер. РС – симметрия слабых взаимодействий.

Сильные взаимодействия. Взаимодействие нуклонов. Элементы квантовой хромодинамики. Кварки и глюоны.

Гравитационные взаимодействия. Планковская масса. Фундаментальная длина и элементарный временной интервал.

Элементарные частицы. Адроны и лептоны. Диапазоны изменения массы, времени жизни, спина и электрического заряда. “Странности”, “очарования” и “красота”. Изотопический спин. Кварковая модель адронов.

3.ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ СВЕТА С КВАНТОВЫМИ СИСТЕМАМИ

Когерентное взаимодействие. Резонансное приближение. Гамильтониан атома в электромагнитном поле. Оптические нутации. Фотонное эхо и самоиндуцированная прозрачность. Солитоны.

Релаксационные процессы. Уравнение движения матрицы плотности. Продольная и поперечная релаксации. Самосогласованные уравнения для поля, поляризации и разности заселенностей уровней. Детерминированный хаос в процессах взаимодействия излучения с веществом.

Восприимчивость двухуровневой системы и эффекты насыщения. Ширина линии. Дисперсионные соотношения Крамерса – Кронига.

Когерентные процессы в сложных многоуровневых системах.. Распад уровня в зону. Распределение заселенностей в зоне. Система типа зона – зона.

Квантование светового поля. Фотонная структура процессов взаимодействия. Однофотонные процессы. Вероятности стимулированных процессов. Спонтанное испускание.  в дипольном приближении. Многофотонные процессы.

Эффекты квантовой электродинамики и ядерной физики в сильном лазерном поле. Ядерные реакции в фокусе лазера. Взаимодействие мощного лазерного излучения с электронным пучком. Поляризация вакуума в сверхсильном поле.

Литература

1.Ф.Бопп Введение в физику ядра, адронов и элементарных частиц. М. “Мир”, 1999.

2.И.М.Капитонов. Введение в физику ядра и частиц. М., УРСС, 2002.

3.А.А.Андреев, А.А.Мак, В.Е.Яшин. Генерация и применение сверхсильных лазерных полей. Квантовая электроника, том 24, №2,  стр. 99 – 114, 1997.

4.П.В. Короленко Взаимодействие излучения с веществом. М. Издательство Московского университета. 1992.

Оптические спектры атомов и молекул

Автор программы: доцент,  д.ф.- м.н.  А.И.ОДИНЦОВ

4-й курс, 8-й семестр, 64 часа

Часть 1. Строение атомов и атомные спектры

1.Спектры водорода и щелочных металлов.

Уровни энергии и спектры водорода и изоэлектронных ему ионов. Тонкая структура уровней. Вакуумный сдвиг. Спектры щелочных металлов, энергия уровней. Спектральные серии. Дублетная структура уровней. Ридберговские состояния. Статистические методы описания энергетического спектра. Квантовый хаос.

2. Систематика спектров сложных атомов.

Приближение центрального поля. Волновые функции многоэлектронного атома. Электростатическое и магнитное взаимодействия электронов. Типы связей электронов.  Сложение  угловых моментов. Коэффициенты Клебша-Гордана, 3j, 6j, 9j – коэффициенты. Связь типа LS. Определение набора термов для конфигураций с неэквивалентными и эквивалентными электронами. Исходные термы. Генеалогические коэффициенты. Классификация термов по старшинству. Выражение энергии через кулоновские и обменные радиальные интегралы. Расчет энергий термов методом сумм диагональных матричных элементов.  Мультиплетная структура термов. Связь типа j j. Переход от LS   к   j j связи. Связь типа j l. Промежуточная связь. Трансформация типов связи. Взаимодействие электронных конфигураций.

3. Спектры гелия и щелочно-земельных элементов.

Общая характеристика спектров. Схемы уровней и переходов. Мультиплетная структура термов. Метастабильные состояния. Смещенные термы. Автоионизационные состояния.

4. Спектры элементов с внешними р-электронами.

Основные и возбужденные электронные конфигурации. Нахождение термов. Расположение энергетических уровней. Мультиплетная структура. Отступления от   LS  связи. Общая характеристика спектров по группам. Спектры инертных газов.

5. Спектры элементов с достраивающимися внутренними оболочками.

Особенности спектров атомов с незаполненными d- и f-оболочками. Электронные конфигурации и термы. Причины усложнения спектров. Общая характеристика спектров.

6. Действие внешнего магнитного и электрического поля на атомы.

Простой и сложный эффекты Зеемана. Явление Зеемана в сильных промежуточных полях. Расщепление уровней в электрическом поле. Линейный и квадратичный эффекты Штарка.

7. Излучение и поглощение света атомами.

Переходы различной мультипольности, правила отбора. Силы переходов. Правила сумм для сил переходов.

Часть 2. Строение молекул и молекулярные спектры

1. Энергетические уровни молекул и типы молекулярных спектров.

Адиабатическое приближение. Разделение энергий электронного, колебательного и вращательного движений. Типы молекулярных спектров.

2. Свойства симметрии молекул.

Преобразования симметрии. Основные точечные группы симметрии молекул. Неприводимые представления. Классификация термов. Правила отбора для матричных элементов переходов.

3. Вращательные спектры молекул.

Вращательные уровни и переходы линейных молекул, молекул типа сферического, симметричного и асимметричного ротаторов. Влияние ядерных моментов на вращательные спектры.

4. Колебательные спектры двухатомных молекул.

Модель гармонического осциллятора. Вероятности переходов. Ангармонический осциллятор. Взаимодействие колебаний и вращения. Колебательно-вращательные спектры двухатомных молекул. Изотопический эффект.

5. Колебательные спектры многоатомных молекул.

Классификация колебаний по их симметрии. Нормальные колебания. Вырождение. Влияние ангармонизма. Резонанс Ферми. Колебательные спектры простейших многоатомных молекул. Вращательная структура колебательных полос. Правила отбора.

6. Электронные спектры двухатомных молекул.<

Классификация электронных состояний двухатомных молекул. Электронные переходы и их колебательная структура. Принцип Франка-Кондона. Связь электронного движения и вращения молекулы. Вращательная структура электронно-колебательных полос. Возмущения уровней и предиссоциация.

7. Электронные спектры многоатомных молекул.

Электронное строение и образование химических связей в многоатомных молекулах. Типы электронных состояний и методы их описания. Гибридизация. Нелокализованные электроны. Металлическая модель молекулы. Общая характеристика электронных спектров. Квазилинейчатые спектры многоатомных молекул.

Литература

1.М.А. Ельяшевич. Атомная и молекулярная спектроскопия. М., Физматгиз, 1962; издание 2-е, М., 2001.

2.И.И. Собельман. Введение в теорию атомных спектров.  М.,  “Наука”, 1977.

3.Г.Герцберг. Спектры и строение двухатомных молекул.   М.,  Изд-во иностранной литературы, 1949.

4.Г.Герцберг.  Колебательные и вращательные спектры многоатомных молекул. М., Изд-во иностранной литературы, 1949.

5.Г.Герцберг.  Электронные  спектры и строение многоатомных   молекул. М., “Мир”, 1969.

6.Л.А.Грибов.  Введение в молекулярную спектроскопию.  М., “Наука”, 1976.

7.П.А.Браун,  А.А.Киселев.  Введение  в теориюмолекулярных спектров. Ленинград, Изд-во Ленинградского университета, 1983.

8.Ф.Банкер. Симметрия молекул и молекулярная спектроскопия.  М., “Мир”, 1981.

Оптика когерентного излучения

Автор программы: профессор П.В.КОРОЛЕНКО

4-й курс, 8-й семестр, 32 часа

1.ОБЩЕТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ПОЛОЖЕНИЯ

1.1.Когерентность. Степень когерентности светового пучка. Методы измерения пространственной и временной когерентности.

1.2.Основные положения волновой оптики. Волновое уравнение. Теория дифракции по Кирхгофу. Фурье-оптика. Принцип Бабине. Эффект Талбота. Элементы векторной теории дифракции.

1.3.Методы геометрической оптики. Геометрооптическое приближение. Лучи и фронты. Принцип Ферма. Лучевые трубки. Каустики. Точка стационарной фазы. Условия применимости геометрической оптики. Гамильтонова оптика.

2. ФОРМИРОВАНИЕ И РАСПРОСТРАНЕНИЕ ВОЛНОВЫХ ПУЧКОВ

2.1.Моды свободного пространства. Параболическое приближение. Свойства основной моды. Моды высших порядков.

2.2.Моды оптических резонаторов. Моды устойчивых резонаторов. Неустойчивые резонаторы. Резонаторы, применяемые для селекции мод. Кольцевые резонаторы. Модульные системы.

2.3.Волноводное распространение излучения. Квадратичные среды. Оптические волокна. Полые волноводы.

2.4.Распространение когерентного излучения в среде со случайными неоднородностями Борновское приближение и приближение Рытова. Характеристики излучения в случайной среде.

2.5.Формирование спекл-полей при взаимодействии света с диффузными объектами. Физическая природа спеклов и их размеры. Спекл-фотография и спекл-интерферометрия.

2.6.Оптический хаос. Нелинейный лучевой резонанс. Фрактальные лучевые структуры.

2.7.Элементы сингулярной оптики. Оптические вихри в случайно-неоднородных средах. Генерация винтовых полей в лазерах.

3. ЗАПИСЬ И ОБРАБОТКА ОПТИЧЕСКОЙ ИНФОРМАЦИИ

3.1.Общая характеристика оптических систем. Переходная и передаточная функции.

3.2.Однолинзовая система. Линзы как элементы, выполняющие преобразование Фурье. Формирование изображения.

3.3.Получение изображений в сложных системах. Дифракционно-ограниченные системы. Теории Аббе и Рэлея. Учет аберраций.

3.4.Голографическая запись информации. Принцип гологра­фической записи. Голограммы Фурье.

3.5.Оптическая фильтрация и распознавание образов. Применение системы 4-F. Голографический метод синтезирования пространственных фильтров.

4. МЕТОДЫ КОМПЬЮТЕРНОЙ ОПТИКИ

4.1.Цифровая голография. Общая процедура изготовления синтезированной голограммы. Киноформ.

4.2.Фазовая проблема в оптике. Извлечение фазовой информации из данных об интенсивности. Расчет характеристик фокусаторов и корректоров излучения. Дифракционные оптические элементы.

4.3.Цифровая обработка полей в оптических системах. Виды обработки оптических полей. Диагностика структуры лазерных пучков.

Литература

1.М. Борн, Э. Вольф. Основы оптики.  М.,”Наука”, 1970.

2.А.Зоммерфельд.Оптика. Изд-во иностранной литературы, 1953.

3.Дж. Гудмен.  Введение в фурье-оптику.  М., “Мир”, 1970.

4.Ф.А. Королев. Теоретическая оптика.  М., “Высшая школа”, 1968.

5.А.Н. Матвеев. Оптика.  М., “Высшая школа”, 1986.

6.Н.А.Калитеевский. Волновая оптика.  М., “Высшая школа”, 1978.

7.С.А.Ахманов, Ю.Е.Дьяков, А.С.Чиркин. Введение в статисти- ческую радиофизику и оптику. М., “Наука”, 1981.

8.Д. Маркузе. Оптические волноводы.  М., “Мир”, 1974.

9.С.Солимено, Б.Крозиньяни, П.Ди Порто. Дифракция и волно- водное распространение излучения. М., “Мир”, 1989.

10.М.Б.Виноградова, О.В.Руденко, А.П.Сухоруков. Теория волн. М., “Наука”, 1979.

11.Ю.А.Кравцов., Ю.И.Орлов. Геометрическая оптика неодно- родных сред.  М., “Наука”, 1980.

12.П.В.Короленко. Оптика когерентного излучения.  М., Изд-во Московского университета, 1989.

Компьютерные методы в обработке результатов эксперимента и моделировании физических задач

Автор программы: профессор А.Н.Васильев

4-й курс, 8-й семестр, 32 часа

1.Пакет Origin 6.0 для обработки результатов эксперимента и их графического оформления. Задачи первичной обработки результатов эксперимента; сглаживание различными методами, в частности, применение фильтров, сплайнов и проч. Способы и методы графического представления результатов эксперимента и расчета. Сглаживание спектров с резкой структурой, Определение параметров многопараметрических моделей по экспериментальным данным (линейная и нелинейная подгонка).

2.Пакет Mathcad 2001 для быстрых и наглядных расчетов и обработки результатов с элементами аналитических вычислений. Программирование сложных функций для анализа зависимости коэффициента отражения от угла в случае поглощающих сред.  Применение быстрого преобразования Фурье. Преобразование Крамерса-Кронига для получения оптических данных из коэффициента отражения.

3.Пакет Mathematica 3.4 для аналитических вычислений и эффективных численных расчетов. Структура данных. Численное и аналитическое интегрирование, решение систем обыкновенных дифференциальных уравнений.

4.Пакет Matlab 6.1 для векторных расчетов с использованием последних достижений в разработке численных и аналитических алгоритмов. Структуры данных и способы обращения  с ними. Подгонка с ограничением области изменения параметров. Решение дифференциальных уравнений в частных производных.

5.Пакет Maple 7 и его применение для аналитических расчетов и визуализации результатов численных расчетов.

6.Сравнительный анализ области применения этих пакетов.

Литература

1.В.П.Дьяконов, И.В.Абраменкова.   MATLAB  5.0/5.3  Система  символьной математики. М., “Нолидж”, 1999.

2.В.Г.Потемкин. Система инженерных и научных расчетов MATLAB 5.x (в 2-х томах). М., Диалог-МИФИ, 1997.

3.Н.Н.Мартынов, А.П.Иванов. MATLAB 5.x. Вычисления, визуализация, программирование. М., “Кудиц”, 1999.

4.В.Ф.Очков. Mathcad  8 Pro для студентов и инженеров.   М., “Ком- пьютерпресс”, 1999.

5.В.П.Дьяконов. Системы символьной математики Mathematica 2 и Mathematica 3. Справочное издание. М., СК ПРЕСС,1998.

6.Е.М. Воробьев. Введение в систему “Математика”. М., “Финансы и статистика”, 1998.

Теория синхротронного излучения

Автор программы: ст.преп., к.ф.- м.н. О.С.Павлова

4-й курс, 8-й семестр, 32 часа

1.Циклические ускорители.

Бетатрон.   Уравнения движения электрона в бетатроне. Связь радиуса орбиты с энергией электрона. Условия существования устойчивой равновесной орбиты. Фокусировка. Основные элементы конструкции бетатрона. Предельная энергия электрона в бетатроне.

Синхротрон. Принцип автофазировки. Уравнения движения электрона в синхротроне. Квазистационарная теория фазовых колебаний. Принцип жесткой фокусировки. Резонансные явления. “Ромб” устойчивости. Фазовая устойчивость.

Синхротронное излучение.     Влияние синхротронного излучения на работу циклического ускорителя. Энергетические потери. Радиационное затухание бетатронных и синхротронных колебаний. Выводы квантовой теории. Квантовые флуктуации.

Накопительные кольца.      Встречные пучки частиц. Конструкции накопительных колец. Светимость пучка. Поляризация частиц в накопительных кольцах. Источник синхротронного излучения.

2.Классическая теория синхротронного излучения.

Общие характеристики синхротронного излучения: мощность, особенности углового и спектрального состава излучения. Формула Шотта. Поляризационные свойства. Угловая зависимость мощности синхротронного излучения. Спектральный состав. Мощность мгновенного излучения.

3.Классическая теория ондуляторного излучения.

Уравнения движения частицы в плоском и спиральном ондуляторе. Ондулятор бесконечной длины: угловое распределение мощности, спектральный состав и поляризационные свойства излучения. Ондулятор конечной длины. Спиральный ондулятор.

Литература

1.А.А.Коломенский. Физические основы методов ускорения заряженных частиц. М., Изд-во Московского университета, 1980.

2.И.М.Тернов, В.В.Михайлин, В.Р.Халилов.   Синхротронное  излу-чение и его применения.  М., Изд-во Московского университета, 1980.

3.Синхротронное излучение. Под ред. А.А.Соколова и И.М.Терно-ва. М., “Наука”, 1966.

4.М.М.Никитин, В.Я.Эпп. Ондуляторное излучение.М.,Энергоатомиздат, 1988.

Введение в искусственные нейронные сети и генетические алгоритмы

Автор программы: профессор И.Г.Персианцев

4-й курс, 8-й семестр, 28 часов

1. Основные модели искусственных нейронных сетей.

Модель нейрона. Обучение с учителем и без учителя. Многослойный перцептрон. Рекуррентные сети. Ассоциативная память. Сеть Кохонена. Нейросеть с общей регрессией. Вероятностная нейросеть.

2. Основы предобработки данных

Методы анализа данных, направленные на определение и уменьшение размерности задачи (анализ главных компонент, кластер-анализ, фрактальная размерность и пр.). Методы нелинейного преобразования входных данных, способствующие выделению отличительных свойств (вейвлет-анализ, нелинейный анализ главных компонент).

3. Метод группового учета аргументов, генетические алгоритмы

Метод группового учета аргументов. Генетические алгоритмы. Генетическое программирование.

4. Дополнительные модели и алгоритмы искусственных нейронных сетей.

Нейронные сети Хопфилда. Алгоритмы построения искусственных нейронных сетей оптимальной сложности. Методики комбинирования различных моделей искусственных нейронных сетей. Иерархические системы. Экспертные советы. Гибридные методы. Генерация правил по обученным искусственным нейронным сетям. Анализ важности входов.

5. Нечеткая логика.
6. Применение искусственных нейронных сетей и генетических алгоритмов.

Основные области применимости искусственных нейронных сетей и генетических алгоритмов. Практические приемы использования искусственных нейронных сетей и генетических алгоритмов для решения задач спектроскопии, физики высоких энергий, микроэлектроники, физики плазмы, обработки сигналов и изображений. Применение искусственных нейронных сетей и генетических алгоритмов для решения обратных задач.

Литература

1.Mohamad H.Hassoun. Fundamentals of Artificial Neural Networks. MIT Press, Cambridge, Massachusetts, 1995.

2.А.А.Ежов, С.А.Шумский. Нейрокомпьютинг и его применения в экономике и бизнесе. М., МИФИ, 1998.

Электронная версия книги: http://www.neuroproject.ru/Papers/Neurocomputing.htm

3.Л.Г.Комарцова, А.В.Максимов. Нейрокомпьютеры. М., Изд-во МГТУ им.Баумана, 2002.

4.Р.Дуда, П.Харт.  Распознавание  образов и анализ сцен.  М., “Мир”, 1976.

5.B.Kosko. Neural Networks and Fuzzy Systems. A Dynamical Sys- tems Approach to Machine Intelligence. Prentice Hall, Englewood Cliffs, 1992.

6.В. А. Головко. Нейронные сети: обучение, организация и при- менение. М., ИПРЖР, 2001.

Люминесценция редкоземельных ионов

Автор программы: профессор Ю.П.ТИМОФЕЕВ

4-й курс, 8-й семестр, 32 часа

1.Введение. Редкоземельные ионы в качестве оптически активных центров.

2.Спектроскопия свободных редкоземельных ионов. Группа лантаноидов в периодической системе элементов. Специфика заполнения, архитектуры и оптических свойств 4f оболочки. Принцип Паули и антисимметрия волновых функций для эквивалентных электронов. Связь Рассел-Саундерса. Обозначения термов, правило Хунда. Кулоновское и спин-орбитальное расщепление уровней редкоземельных ионов. Общие принципы сложения угловых моментов. Понятие о коэффициентах Клебша-Гордана и Рака. Генеалогические коэффициенты.

3.Люминесценция твердых тел с редкоземельными ионами. Штарковское расщепление уровней в кристаллах и стеклах в случае слабого кристаллического поля. Приближение кубического поля. Основные элементы локальной симметрии кристаллов. Принципы микрокомпенсации заряда и объема. Однородное и неоднородное уширение линий. Одно- и многоцентровые система с редкоземельными ионами.

4.Вероятности оптических электро- и магнитодипольных переходов. Частичное снятие запрета на 4f-4f переходы в кристаллах. Приближение Джадда-Офельта для расчетов сил линий и осцилляторов. Связь коэффициентов поглощения с вероятностями оптических переходов, их измерения.

5.Многофононные переходы в редкоземельных ионах. Приближение “энергетической щели” и современные подходы к расчету вероятностей безызлучательных переходов.

6.Квантовый выход и коэффициенты ветвления люминесценции. Современные методики измерения энергетических, спектральных и инерционных свойств люминесценции редкоземельных ионов.

7.Трех-, четырех уровневые, каскадные и другие схемы лазеров с редкоземельными ионами. Спектроскопия и инерционность их вынужденного излучения.

8.Различные механизмы взаимодействия редкоземельных ионов: резонансное, обменное, рекомбинационное и др. Миграция и перенос энергии электронных возбуждений. Формула Ферстера-Декстера-Галанина для диполь-дипольного переноса, её обобщения. Кинетика послесвечения и выход люминесценции при переносе энергии. Уравнения детального баланса и их обобщения. Микропараметры переноса. Предельные случаи слабого и сильного некогерентного взаимодействия, сверхмиграция.

9.Особые виды переноса: кроссрелаксационное и нелинейное взаимодействие. Суммирование и размножение электронных возбуждений редкоземельных ионов. Различные механизмы антистоксова преобразования ИК излучения в видимый свет. Миграционные и другие схемы лазеров с переносом энергии редкоземельными ионами. Фотонная лавина, возможности безинверсионного усиления оптического излучения.

10.Современные проблемы изучения и применения редкоземельных ионов в качестве зондов упорядоченности различных систем сверхпроводников, биологически активных молекул и др.

Литература

1.Н.А.Кулагин, Д.Т.Свиридов. Методы расчета электронных структур свободных и примесных ионов. М. “Наука”,1986.

2.Е.М.Лифшиц, Л.Д.Ландау. Квантовая механика. М. “Наука”,    1965.

3.И.И.Собельман. Введение  в теорию атомных спектров.  М.,   ГИФМЛ, 1963.

4.Д.Т.Свиридов, Р.К.Свиридов, Ф.Ф.Смирнов. Оптические спектры переходных металлов в кристаллах.  М., “Наука”,  1976.

5.В.М.Агранович, М.Д.Галанин. Перенос энергии электронного возбуждения в конденсированных средах. М., “Наука”, 1978.

6.В.В.Антонов-Романовский.  Кинетика фотолюминесценции кристаллофосфоров.  М., “Наука”, 1966.

7.А.А.Каминский, Б.М.Антипенко.  Многоуровневые   функциональные схемы кристаллических лазеров. М., “Наука”, 1989.

8.Ю.П.Чукова. Антистоксова  люминесценция и новые  возможности её  применения.  М., “Советское радио”, 1980.

Физика лазеров

Автор программы: профессор, д.ф.- м.н. О.Е.НАНИЙ

4-й курс, 8-й семестр; 5-й курс, 9-й семестр; 68 часов

1. Определение лазера. Принцип работы лазеров. Классификация лазеров по принципу усиления, рабочему веществу и выходным характеристикам. Лазеры как этап в развитии квантовой электроники.
2. Характеристики лазерного излучения. Качество пучка лазерного излучения Q_e. Качество пучка, распространяющегося в основной моде Q_e0. Характеристики качества пучка: фактор качества М² и К=1/М².
3. Принцип создания инверсной населенности в лазерах.
4. Балансные уравнения. Порог генерации. Стационарная генерация, насыщение. Стабилизация коэффициента усиления в лазерах. Одномодовые и многомодовые лазеры, конкуренция мод. Балансные уравнения двухмодового лазера. Коэффициента само- и кросснасыщения.
5. Взаимодействие электромагнитного излучения с рабочим веществом лазера. Активное вещество как термодинамически неравновесное состояние рабочего вещества.
6. Ширина уровней энергии и спектральных линий. Причины уширения. Однородное и неоднородное, статистическое уширение. Времена релаксации T₁ и Т₂.
7. Взаимодействие резонансной электромагнитной волны с веществом. Понятие и механизм дисперсии проницаемостей. Преобразование энергии при взаимодействие электромагнитной волны с веществом. Прохождение монохроматической волны через среду.
8. Эффект насыщения. Его проявление при однородном и не однородном уширении спектральной линии.
9. Инверсия населенностей в лазерно-активных средах. Особенности ее получения при использовании двух, трех и четырех уровней.
10. Оптическая накачка лазеров. Рубиновый, неодимовые лазеры, лазеры на красителях.
11. Электрическая накачка лазеров. Лазеры на нейтральных атомах, ионах, на парах металлов. Процесс Пеннинга и его роль в механизме получения инверсии населенностей. Молекулярные газовые лазеры на колебательно-вращательных и электронных переходах.
12. Электрическая накачка полупроводниковых лазеров. Лазеры на p-n-переходе.
13. Другие способы создания инверсии населенностей. Газодинамический лазер. Химические газовые лазеры. Фотодиссоциативные лазеры. Эксимерные лазеры.
14. Лазеры на центрах окраски в кристаллах и на свободных электронах.
15. Лазеры на самоограниченных переходах, их особенности. Лазеры на парах металлов. Связь параметров релаксации среды с длительностью и частотой следования импульсов в импульсно-периодическом режиме генерации.
16. ВКР (рамановские) и ВРМБ лазеры. Волоконные рамановские лазеры.
17. Параметрические генераторы света.
18. Оптические усилители. Коэффициент усиления. Насыщение. Усилители мощности и энергии.
19. Оптические усилители для волоконно-онических систем связи. Ширина спектра усиления. Коэффициент шума оптического усилителя. Многокаскадные оптические усилители.
20. Эрбиевые оптические усилители. Усилители L и C диапазона. Использования эрбиевых усилителей в волоконно-оптических линиях дальней связи. Шумы в волоконно-оптической линии связи с усилителями.
21. ВКР усилители. Преимущества распределенных рамановских усилителей. Широкополосные рамановские усилители с многоволновой накачкой. Многокаскадные рамановские усилители.
22. Параметрические усилители.
23. Динамические характеристики оптических усилителей. Особенности усилителей, используемых в городских сетях связи. Методы стабилизации коэффициента усиления. Линейный оптический усилитель.
24. Резонаторы лазеров. Приближение свободного пространства. Двухзеркальный открытый резонатор. Дифракционные потери. Классификация мод открытого резонатора.
25. Резонаторы волоконного лазера. Обратная связь в волноводных лазерах. РОС – лазеры. Резонаторы в фотонных кристаллах.
26. Резонаторы с сферическими зеркалами. Устойчивость мод. Неустойчивые резонаторы, их преимущества и их недостатки. Сложные резонаторы.
27. Метод лучевых матриц и его применение в лазерной физике. Определение областей устойчивости резонаторов матричным методом. Обобщенный лучевой вектор и лучевая матрица. Устойчивость неплоского кольцевого резонатора с вращением поля.
28. Использование матричных методов для описания гауссовских пучков. Расчет пространственных характеристик основной моды устойчивых резонаторов. Зависимость размеров моды на сферическом зеркале двухзеркального лазера от расстояния между зеркалами. Гауссов пучок (основная, или фундаментальная гауссова мода). Представление о гауссовых модах высших порядков. Распределение амплитуды гауссова пучка Е(r, z) вблизи его оптической оси.
29. Поляризационные характеристики лазеров. Метод векторов и матриц Джонса описания поляризации света. Собственные состояния поляризации анизотропных резонаторов.
30. Спектральные и поляризационные характеристики кольцевых лазеров с анизотропными резонаторами. Кольцевые резонаторы с анизотропными элементами.
31. Лазерная генерация. Резонансные и нерезонансные потери в активной среде. Порог, частота и мощность генерации.
32. Частота генерации. Условие для фазы. Резонансные частоты “холодного” резонатора. Эффект “затягивания” резонансной частоты в случаях однородного и неоднородного уширения линии усиления.
33. Мощность генерации. Скоростные уравнения для переходных процессов до и после возникновения генерации. Фактор накачки. Пороговый фактор стационарной накачки. Значение разности плотностей населенностей уровней энергии рабочего перехода в режимах стационарной и нестационарной генерации. Роль эффекта насыщения.
34. Связь мощности вынужденного излучения в резонаторе лазера с фактором накачки. Критическая мощность флуоресценции.
35. Оптимальная связь лазера с внешним пространством. Вклад спонтанного испускания излучения в выходную мощность лазера.
36. Режимы и спектральные характеристики лазерной генерации. Основные виды (режимы) генерации. Особенности стационарных режимов в зависимости от характера (однородного или неоднородного) уширения линии усиления активного вещества. Неоднородное пространственное распределение инверсии как причина многочастотной генерации.
37. Получение одночастотной генерации в кольцевых лазерах с однородно уширенной линией усиления. Оптические невзаимные элементы (изоляторы), принцип работы и назначение.
38. Акустооптический невзаимный эффект и его использование для получения однонаправленной одночастотной генерации. Влияние самовозвращения дифрагированного излучения. Монолитный однонаправленный кольцевой лазер. Кольцевой лазер с акустооптическим выводом излучения.
39. Перестройка и стабилизация частоты лазера. Метод селекции мод в лазерах. Перестройки мод и методы их устранения. Перестраиваемые лазеры на красителях.
40. Селекция мод в полупроводниковых лазерах. РОС – лазеры и лазеры с распределенными брэгговскими зеркалами. Поверхностно излучающие лазеры с вертикальными резонаторами (VCSEL).
41. Двунаправленная генерация в кольцевых лазерах. Лазерный гироскоп. Автомодуляционные режимы генерации в кольцевых лазерах с однородно уширенной линией усиления.
42. Поляризационные и частотные характеристики вращающегося кольцевого лазера с неплоскими резонатором. Четырехчастотный режим генерации.
43. Многоканальные лазеры и их применение. Двухцветный твердотельный лазеры с дисперсионными резонатором.
44. Пичковые режимы генерации. Режим регулярных пичков.
45. Хаотичные режимы генерации в лазерах различных типов.
46. Прямая модуляция излучения в полупроводниковых лазерах. Характер генерации при импульсной накачке в лазерах различных типов, роль времени релаксации инверсной населенности.
47. Частотная модуляция в импульсных полупроводниковых лазерах. Устранение пичковых колебаний в полупроводниковом лазере с профилированной накачкой.
48. Режим “гигантского” импульса и его получение методом модуляции добротности.
49. Синхронизация мод в лазерах с однородно и неоднородно уширенной линией усиления. Моды, синхронизация мод.
50. Амплитудно-временной и спектральный подход к описанию синхронизации мод. Длительность импульсов при вынужденной и пассивной синхронизации мод.
51. Метод разгрузки лазерного резонатора. Совмещенные режимы генерации.

Литература.

1. Корниенко Л.С., Наний О.Е. Физика лазеров. Ч. 1. (второе издание) – М.: Изд-во Московского университета, 1996; Ч. 2. – М.: Изд-во Московского университета, 1995.
2. Звелто О. Принципы лазеров. – М.: Мир, 1984.
3. Тарасов Л.В. Физика процессов в генераторах когерентного оптического излучения. – М.: 1981.
4. Ораевский А.Н. Лазер. Физическая энциклопедия, т.2, – М.: Советская энциклопедия, 1990, сс. 546-552.
5. Справочник по лазерам, под ред. А.М. Прохорова. I 1 -2, М.: 1978.
6. Ярив А. Квантовая электроника. – М.: Советское радио, 1980.
7. Ярив А. Введение в оптическую квантовую электронику. – М.: Высшая школа» 1983.
8. Карлов Н.В. Лекции по квантовой электронике. – М.: Наука, 1988.
9. Прохоров А.М., Корниенко Л.С. Квантовая электроника. Ч.1. – М.: Изд-во Московского университета, 1973.
10. Ханин Я. И. Квантовая радиофизика. Т. 2. – М.: Советское радио, 1975.
    

Физика конденсированного состояния вещества

Автор программы: профессор А.Н.Васильев

5-й курс, 9-й семестр, 36 часов

1.Кристаллические и аморфные твердые тела. Жидкости. Ближний и дальний порядок. Энергия взаимодействия. Кристаллы с ионной, ковалентной, молекулярной связью. Методы исследования.

2.Свойства симметрии кристаллов. Взаимосвязь симметрии структуры и макроскопических физических свойств кристаллов. Реальные кристаллы.

3.Распространение света в твердых телах и жидкостях. Проникновение света в поглощающие среды. Диэлектрическая проницаемость и ее связь с микроскопическими свойствами твердых тел.

4.Элементы динамической теории кристаллических решеток. Нормальные колебания. Фононы. Акустические и оптические ветви. Теплоемкость кристаллов.

5.Взаимодействие колебаний решетки с электромагнитным полем. Поляритоны. Инфракрасные спектры поглощения.

6.Электроны в кристаллах. Теорема Блоха. Зона Бриллюэна. Энергетические зоны. Приближение сильной и слабой связи. Плотность состояний в твердых телах. Зонные структуры диэлектриков, металлов, полупроводников и полуметаллов. Обзор методов расчета электронной структуры кристаллов.

7.Металлы. Уровень и поверхность Ферми. Циклотронный резонанс и методы определения параметров электронной структуры металлов.

8.Взаимодействие электронов и дырок в диэлектриках. Экситоны Ванье-Мота и Френкеля. Особенности электронной структуры молекулярных кристаллов.

9.Конфигурационное взаимодействие. Эффект Оже. Биэкситоны и конденсация экситонов.

10.Дефекты в кристаллах. Диффузия ионов в кристаллах. Глубокие и мелкие дефектные состояния. Собственные и примесные дефектные состояния. Центры окраски в диэлектриках. Приближение слабой и сильной электрон-фононной связи.

11.Неупорядоченные системы, стекла. Особенности электронной структуры неупорядоченных сред. Поглощение света неупорядоченными системами.

12.Взаимодействие электронной и фононной подсистем. Адиабатическое приближение. Поляроны. Автолокализация электронов и дырок.

13.Динамика электронов. Уравнение Больцмана. Электропроводность. Туннелирование электронов. Полупроводниковые системы.

14.Кристаллы во внешних электрическом и магнитном полях. Эффект Холла. Эффект Франца-Келдыша.

15.Диэлектрические функции с учетом временной и пространственной дисперсии. Общие вопросы взаимодействия элементарных возбуждений с электромагнитными полями и между собой. Кинетические уравнения для функции распределения возбуждений по энергии и пространству в поляризационном приближении. Многоэлектронные возбуждения.

16.Кооперативные явления. Ферромагнетизм и другие виды упорядочивания в спиновой подсистеме. Сверхпроводимость. Кооперативные явления в оптике, сверхизлучение.

17.Квантовые размерные эффекты. Наноструктуры.

Литература

1.У. Харрисон. Теория твердого тела. М., “Мир”, 1972.

2.Ч. Киттель. Введение в физику твердого тела. М., “Наука”, 1978.

3.Ю.А.Ильинский, Л.В.Келдыш. Взаимодействие электро- магнитного излучения с веществом.  М.,  Изд-во Московского университета, 1989.

4.В.М.Агранович, М.Д.Галанин. Перенос энергии электронного возбуждения в конденсированных средах. М., “Наука”, 1978.

5.М.Борн, Э.Вольф. Основы оптики. М., “Наука”, 1973.

6.Н.Ашкрофт, Н.Мермин. Физика твердого тела. 2 т. М., “Мир”, 1979.

7.А.Н.Васильев, В.В.Михайлин.  Введение в спектроскопию твердого тела. М., Изд-во Московского университета, 1987.

8.Дж. Займан. Принципы теории твердого тела. М., “Мир”, 1974.

9.А.С.Давыдов. Теория твердого тела. М., “Наука”, 1976.

10.Ф.Бассани,  Дж.Пастори Парравичини.  Электронные  состояния и оптические переходы в твердых телах. М., “Наука”, 1982.

11.Г.Фэн.  Фотон-электронное  взаимодействие  в кристаллах  в  отсутствие внешних полей. М., “Мир”, 1969.

12.А. М. Стоунхэм.  Теория  дефектов  в  твердых  телах.  Т. 1, 2. М., “Мир”, 1978.

Взаимодействие излучения с веществом и нелинейная оптика

 Автор программы: ст.науч.сотр., д.ф.- м.н. В.И.ОДИНЦОВ

5-й курс, 9-й семестр; 36 часов

1.Нелинейная поляризация. Физические механизмы нелинейности.

Общее классическое описание нелинейных эффектов. Нелинейные восприимчивости.

Квантовый расчет нелинейных восприимчивостей.

Укороченные уравнения для медленных амплитуд связанных волн.

2. Фазовое согласование. Параметрические процессы.

Генерация второй гармоники.

Параметрическое усиление и преобразование частоты. Соотношения Мэнли-Роу.

Визуализация ИК излучения. Перестраиваемый параметрический генератор.

3. Самофокусировка света и ее физические механизмы.

Пороговая мощность и длина самофокусировки. Самодифракция света.

4. Вынужденное рассеяние света.

Классическое описание ВКР на молекулярных колебаниях. Квантовая теория ВКР. Возбуждение антистоксовых и высших стоксовых компонент. ВКР в резонаторах и световодах.

Классическая теория ВРМБ.

ВКР и ВРМБ при широкополосной и пространственно- неоднородной накачке. Вынужденное температурное рассеяние.

Практическое использование вынужденного рассеяния для преобразования лазерного излучения.

5. Вырожденное взаимодействие волн в насыщающейся среде.

Двухуровневая система в сильном световом поле. Вынужденное резонансное рассеяние света.

Органические красители как нелинейные среды.

Резонансное двухволновое взаимодействие в красителях.

6. Четырехволновое взаимодействие.

Коэффициент отражения сигнальной волны. Параметрическая неустойчивость.

7. Фоторефрактивные кристаллы как нелинейные среды.

Энергообмен между двумя волнами и четырехволновое взаимодействие в фоторефрактивных кристаллах.

8. Обращение волнового фронта методами нелинейной оптики.

Обращение волнового фронта при вынужденном рассеянии света и четырехволновом взаимодействии.  Динамическая голография.

Схемы с параметрической обратной связью. Практическое использование явления обращения волнового фронта.

Литература

1.С.А.Ахманов, Р.В.Хохлов. Проблемы нелинейной оптики. М., Изд-во ВИНИТИ,   1964.

2.Н.Бломберген. Нелинейная оптика. М., “Мир”, 1966.

3.И.Р.Шен. Принципы нелинейной оптики. М., “Наука”, 1989.

4.Н.Б.Делоне. Взаимодействие лазерного излучения с веществом. М., “Наука”, 1989.

5.Ф.Качмарек. Введение в физику лазеров. М., “Мир”, 1981.

6.Н.И.Коротеев, И.Л.Шумай. Физика мощного лазерного излучения. М., “Наука”, 1991.

7.Б.Я.Зельдович, Н.Ф.Пилипецкий, В.В.Шкунов. Обращение волнового фронта. М., “Наука”, 1985.

Молекулярная люминесценция

Автор программы: профессор А.М.САЛЕЦКИЙ

5-й курс, 9-й семестр, 36 часов

1.Общее понятие о люминесценции и ее месте среди других видов излучения. Люминесцентный метод исследования как средство изучения структуры  и энергетического состояния вещества. Практическое применение люминесценции.

2.Классы люминесцирующих веществ. Основные величины, характеризующие их свечение: электронные спектры поглощения, возбуждения и люминесценции, выход люминесценции (энергетический и квантовый), поляризация и длительность свечения и законы его затухания.

3.Классификация явлений люминесценции по длительности свечения (флуоресценция, фосфоресценция), по способу возбуждения (фото-, катодо-, радио-, электро- рентгено-, хемолюмисценция и др.), по механизму свечения (молекулярная и рекомбинационная люминесценции). Основные различия между молекулярной и рекомбинационной люминесценцией.

4.Электронные спектры поглощения и излучения люминесцирующих молекул. Простые, полусложные, сложные молекулы и их электронные спектры. Явление вторичного поглощения и люминесценции. Квазилинейчатые спектры поглощения, флуоресценции и фосфоресценции (эффект Шпольского) и их мультиплетность. Спектры ‘’выжигания”.

5.Основные закономерности в электронных спектрах люминесцирующих молекул. Независимость спектров люминесценции от длины волны возбуждающего света. Закон Стокса-Ломмеля. Правило зеркальной симметрии поглощения и люминесценции Левшина. Универсальное соотношение между спектрами поглощения и люминесценции Степанова. Закон Вавилова. Неоднородное уширение электронных спектров.

6.Поляризованная люминесценция и ее свойства. Формулы Левшина-Перрена. Поляризационные спектры и их связь с электронными спектрами поглощения. Предельная поляризация и ее связь с симметрией молекул. Установление природы элементарных излучателей при помощи поляризационных диаграмм.

7.Молекулярная спектроскопия триплетного состояния. Роль триплетного состояния молекул в процессах деградации энергии их электронного возбуждения. Длительные процессы молекулярного свечения (замедленные флуоресценции типа Е и Р, фосфоресценция). Схема Теренина-Льюиса. Роль спин-орбитального взаимодействия. Эффект тяжелого атома. Синглет-триплетный, триплет-синглетный и триплет-триплетный перенос энергии возбуждения в жидких растворах. Явление сенсибилизированной фосфоресценции. Метод импульсного и лазерного фотолиза.

8.Резонансный безызлучательный сиглет-синглетный перенос энергии электронного возбуждения и его оптические проявления. Влияние концентрации взаимодействующих молекул на деполяризацию их свечения и изменение средней длительности послесвечения. Явление сенсибилизированной флуоресценции. Различные виды тушения молекулярной люминесценции (температурное и концентрационное тушение, тушение люминесценции посторонними непоглощающими и поглощающими веществами). Спектрально-люминесцентные проявления молекулярной ассоциации: образование нелюминесцирующих и люминесцирующих комплексов, полимеров Шайбе, эксимеров, эксиплексов и молекулярной сольватации. Участие ассоциированных комплексов в процессе переноса энергии возбуждения. Влияние резонансной передачи энергии в спектрально-неоднородных средах на оптические и генерационные характеристики растворов сложных органических веществ.

Литература

1.Л.В.Левшин,  А.М.Салецкий.    Люминесценция    и   ее    измерения (молекулярная люминесценция). М., Изд-во Московского университета, 1989.

2.Л.В.Левшин,  А.М.Салецкий.  Оптические  методы  исследования молекулярных систем.  М.,  Изд-во  Московского   университета, 1994.

3.Дж.Ланович. Основы флуоресцентной спектроскопии.  М., “Мир”, 1986.

4.Д.С.Паркер. Фотолюминесценция растворов. М., “Мир”, 1972.

5.С.Мак-Глин, Т.Адзуми, М.Киносита.  Молекулярная спектро-скопия триплетного состояния. М.,”Мир”, 1972.

6.Н.Г.Бахшиев. Спектроскопия молекулярных взаимодействий. Ленинград, “Наука”, 1972.

Лазерная спектроскопия

Автор программы:  доцент А.И.Федосеев

5-й курс, 9-й семестр, 36 часов

1. Введение. Преимущества использования лазеров в спектроскопии. “Идеальный” лазер для спектроскопии.
2. Перестройка частоты в пределах контура усиления.

Селекция поперечных мод. Гауссовы пучки. Селекция продольных мод. Интерферометры как внутрирезонаторные селекторы. Специфика применения дифракционной решетки в резонаторе и в спектрометре. Принципы стабилизации частоты лазерной генерации.

3. Возможности перестройки контуров усиления.

Область генерации и перестройка частоты полупроводниковых лазеров. Лазеры на основе комбинационного рассеяния с переворотом спина. Перестройка частоты в газовых лазерах ИК диапазона. Лазеры на центрах окраски. Принципы работы лазеров на красителях. Получение новых частот путем нелинейного оптического смешения.

4. Методы и схемы линейной лазерной спектроскопии.

Классификация линейных методов. Абсорбционная спектроскопия. Метод внутрирезонаторного поглощения, предельная чувствительность метода. Спектроскопия возбуждения. Оптоакустическая спектроскопия. Оптогальваническая спектроскопия. Спектроскопия лазерного магнитного резонанса. Штарковская спектроскопия. Спекл-диагностика жидкостей и газов. Спекл-интерферометрия.

5. Нелинейная лазерная спектроскопия.

Спектроскопия насыщения, стабилизация частоты генерации лазеров. Лазерная внутридопплеровская спектроскопия. Поляризационная спектроскопия. Спектроскопия гетеродинирования. Спектроскопия с временным разрешением. Принципы многофотонной спектроскопии. Лазерная спектроскопия комбинационного рассеяния. Спектроскопия комбинационного антистоксова рассеяния.

Литература

1.О.Звелто. Принципы лазеров. М., “Мир”, 1984.

2.Лазерная аналитическая  спектроскопия.  Под ред. В.С.Летохова. М.,  “Наука”, 1986.

3.В.Демтредер. Лазерная спектроскопия. М., “Наука”, 1985.

4.В.С.Летохов,  В.П.Чеботаев.   Принципы нелинейной лазерной спектроскопии. М., “Наука”, 1975.

5.И.Р.Шен. Принципы нелинейной оптики. М., “Наука”, 1989.

Статистическая оптика

Авторы программы: профессор  П.В.КОРОЛЕНКО

доцент, д.ф.- м.н. А.И.ОДИНЦОВ

5-й курс,  9-й семестр, 36 часов

1. Введение. Статистические явления в оптике.

2.Общие сведения о случайных процессах и полях. Распределения случайных величин, моменты и характеристические функции случайного процесса различных порядков. Корреляционные функции. Спектральное представление. Теорема Винера-Хинчина.

3.Статистическое описание процессов испускания света атомами. Соотношения между длиной цуга и шириной спектра излучения. Сложение колебаний в волнах, приходящих от одного или нескольких источников. Аналитический сигнал.

4.Временная и пространственная когерентности. Интерферометры Майкельсона и Юнга. Функции собственной и взаимной когерентности. Комплексная степень когерентности света.

5.Распространение взаимной когерентности. Теорема Ван Циттерта – Цернике. Дифракция некогерентной волны на отверстии. Звездный интерферометр Майкельсона. Некогерентные протяженные источники когерентного излучения.

6.Когерентность в плоскости изображения протяженного источника. Влияние временной когерентности на явления дифракции. Дифракционные изображения щели и круглого отверстия.

7.Статистика частично-поляризованного излучения. Векторные случайные поля. Поляризационная матрица, связь её элементов с параметрами Стокса.

8.Статистика фотоотсчетов. Статистика интенсивностей и статистика фотоотсчетов в случайном световом поле. Функция распределения фотоотсчетов. Формула Манделя. Получение распределения интенсивности из распределения фотоотсчетов. Статистика фотоотсчетов в случае теплового и квазитеплового излучения. Влияние времени регистрации, фотоотсчеты в поле лазерного излучения.

9.Временная статистика излучения одномодовых и многомодовых лазеров. Источники шумов, их спектры. Корреляционные функции.

1. Пространственная когерентность излучения лазера. Модель статистически независимых мод. Зависимость радиуса корреляции от числа мод. Предельная пространственная когерентность излучения одномодового лазера.

Литература

1.С.А.Ахманов, Ю.Е.Дьяков, А.С.Чиркин. Введение в статистическую радиофизику и оптику. М., “Наука”, 1981.

2.Дж. Гудмен. Статистическая оптика. М. “Мир”, 1967.

3.Л.М.Сороко. Основы голографии и когерентной оптики. М. “Наука”, 1971.

Методы анализа стохастических сигналов и структур в оптике

Автор программы: профессор П.В.КОРОЛЕНКО

5-й курс, 9-й семестр, 36 часов

1. АППАРАТ ТРАДИЦИОННОГО СТАТИСТИЧЕСКОГО АНАЛИЗА

Случайные величины. Функция и плотность распределения вероятностей. Моменты случайных величин. Совместные распределения случайных величин. Случайные фазоры и их суммы.

Элементы математической статистики. Выборки. Выборочная дисперсия. Доверительный интервал.

Случайные процессы. Эргодические процессы. Корреляционная и структурная функции. Энергетический спектр случайного процесса.

2. ФРАКТАЛЬНЫЙ АНАЛИЗ И МУЛЬТИФРАКТАЛЬНАЯ ПАРАМЕТРИЗАЦИЯ

Случайные фракталы. Фрактальная размерность. Описание сигналов на основе модели обобщенного броуновского движения. Параметр Херста. Связь фрактальности со спектральными и корреляционными функциями. Особенности фрактального анализа двумерных структур.

Понятие мультифрактала. Обобщенные фрактальные размерности. Функция мультифрактального спектра. Процедура мультифрактальной параметризации сигналов и структур.

3. ПРИМЕНЕНИЕ ВЕЙВЛЕТ-ПРЕОБРАЗОВАНИЙ

Разложение сигналов и изображений по вейвлетам. Картина вейвлет-коэффициентов. Свойства и возможности вейвлет-преобразований. Анализ признаков фрактальности на основе вейвлет-преобразований.

4. МЕТОДЫ НЕЛИНЕЙНОЙ ДИНАМИКИ

Общая характеристика детерминированного хаоса. Фрактальные свойства и размерности странных аттракторов. Сечения Пуанкаре. Показатели Ляпунова. Идентификация детерминированного хаоса. Предсказуемость хаотических процессов.

Литература

1.Дж.Купер. Вероятностные методы анализа сигналов и систем. М., “Мир”, 1989.

2.Р.М.Кроновер. Фракталы и хаос в динамических системах. М., “Постмаркет”, 2000.

3.С.В.Божокин, Д.А.Паршин. Фракталы и мультифракталы. Москва-Ижевск, “РХД”, 2001.

4.В.П.Дьяконов. Вейвлеты. От теории к практике. М. “Солон-Р”, 2002.

5.П.Берже, И.Помо, К.Видаль. Порядок в хаосе. О детерминист- ском подходе к турбулентности. М., “Меркурий – ПРЕСС”, 2000.

Безызлучательный перенос энергии в конденсированных средах

Автор программы: профессор В.А.СМИРНОВ

9-й семестр, 5-й курс, 36 часов

1.Классическое и квантовомеханическое представление о безызлучательном переносе энергии. Слабое и сильное некогерентные и сильное когерентное парное взаимодействие. Мультипольный и обменный перенос.

2.Статический упорядоченный и неупорядоченный перенос в коллективе частиц. Фёрстеровский распад. Функция безызлучательных потерь. Экспериментальное определение механизмов переноса.

3.Диффузионное миграционно-ускоренное тушение люми- несценции. Вывод уравнения диффузии из общей системы балансных уравнений. Критерии реализации диффузионного механизма в твердых телах.

4.Прыжковый механизм миграционно-ускоренного переноса энергии. Кинетика прыжкового тушения люминесценции. Самотушение. Кинетический предел.

5.Аналитическое описание кинетики акцепторной люминесценции. Сенсибилизация люминесценции. Расчет оптимальных концентраций рабочих частиц в лазерных кристаллах.

6.Применение эффекта сенсибилизации люминесценции для повышения эффективности твердотельных лазеров на ионах редкоземельных скандий-галлиевых гранатов.

7.Лазеры на кристаллах скандий-галлиевых гранатов, активированных хромом, неодимом, эрбием, тулием, гольмием.

8.Механизмы антистоксовой люминесценции: ступенчатая сенсибилизация, поглощение из возбужденного состояния, кооперативные процессы. Кинетические уравнения. Определение микропараметров нелинейных взаимодействий.

9.Использование процессов безызлучательного переноса энергии для характеристики структурного состояния полимерных систем. Определение концентрации гидрофобных агрегатов стационарными и кинетическими методами. Анализ мультиплетного состояния полиэлектролитных систем.

Литература

1.В.М.Агранович, М.Д.Галанин. Перенос энергии электронного возбуждения в конденсированных средах. М.,”Наука”, 1978.

2.В.Л.Ермолаев, Е.Н.Бодунов, Е.Б.Свешникова, Т.А.Шахвердов. Безызлучательный перенос энергии электронного возбуждения. Л., “Наука”, 1977.

3.Оптически плотные активные среды твердотельных лазеров. Труды ИОФАН, М.,”Наука”, 1990.

4.А.А.Каминский, Б.М.Антипенко. Многоуровневые функцио- нальные схемы кристаллических лазеров. М., “Наука”, 1989.

5.Ю.П.Чукова. Антистоксова люминесценция и новые возможности ее применения. М., “Советское радио”, 1980.

Дополнительная литература

1.И.А.Щербаков. Исследование процессов релаксации энергии возбуждения в кристаллах и стеклах, активированных ионами редкоземельных элементов. Докторская диссертация, ФИАН, М., 1978.

2.Е.В.Жариков, В.В.Осико, А.М.Прохоров, И.А.Щербаков. Кристаллы редкоземельных галлиевых гранатов с хромом как активные среды твердотельных лазеров. Известия АН СССР, серия физическая,  т.48, №7,1984.

3.В.А.Смирнов. Процессы безызлучательного переноса энергии в лазерных кристаллах, активированных ионами хрома и редкоземельных элементов. Докторская диссертация. М., ИОФАН, 1988.

Рентгеновская оптика

Автор программы: профессор А.В.Виноградов

5-й курс, 9-й семестр, 36 часов

1.Общие сведения о рентгеновских лучах, их взаимодействии с веществом и применении. Жесткий, мягкий и ВУФ диапазоны. Длина пробега – от метров до нанометров.

2.Лабораторные и космические рентгеновские источники – рентгеновские трубки, синхротроны, рентгеновские лазеры, излучение горячей плазмы  звезд и солнечной короны.

3.Диэлектрическая проницаемость веществ для рентгеновских лучей. Критический угол полного внешнего отражения. Оптика скользящего падения. Телескоп Вольтера. Понятие о волнах шепчущей галереи.

4.Сведения из теории распространения и рассеяния волн. Дифференциальное и интегральное уравнения теории рассеяния. Функция Грина и теория возмущений. Отражение при наличии переходного слоя. Оптическая теорема.

5.Отражение от дифракционных решеток и многослойных периодических структур. Общие принципы и точная теория.

6.Рентгеновские многослойные зеркала. Угловые и спектральные свойства. Селективность. Материалы и методы напыления многослойных покрытий. Магнетронное, электронно-пучковое и лазерное напыление. Современные характеристики зеркал: спектральный диапазон, отражательная способность, ширина полосы отражения, диаметр и форма подложек. Радиационная и тепловая стойкость.

7.Рентгеновские микроскоп и телескоп Шварцшильда. Компенсация аберраций. Разрешение. Требования к точности формы зеркал. Микрошероховатости поверхностей и границ раздела в рентгеновских зеркалах. Теория рассеяния рентгеновского излучения на сверхгладких поверхностях. Индикатриса рассеяния и аттестация поверхностей. Понятие о суперполировке.

8.Обзорная лекция. Многослойная рентгеновская оптика в современных аналитических приборах (микроанализ), синхротронных исследованиях, диагностике плазмы, микроэлектронике, наблюдении Солнца и внегалактических объектов. Основные результаты и перспективы.

Литература

1.Л.Д.Ландау, Е.М.Лифшиц.  Электродинамика  сплошных  сред. М., “Наука”, 1992.

2.Л.Д.Ландау, Е.М.Лифшиц. Квантовая механика. М., Физматгиз, 1974.

3.М.А.Блохин. Физика рентгеновских лучей. М., Гостехиздат, 1957.

4.А.В.Виноградов. Зеркальная рентгеновская оптика. Ленинград, “Машиностроение”, 1989.

5.А.Мишетт. Оптика мягкого рентгеновского излучения. М.,“Мир”,1989.

Оптические приборы в каналах синхротронного излучения

Авторы программы: ст.науч.сотр. к.ф.-м.н. В.Н.Колобанов

ст.инженер С.Н.Иванов

5-й курс, 9-й семестр, 36 часов.

1.Источники света. Синхротронное излучение (СИ): спектральное распределение; диаграмма направленности; поляризация; временная структура.

2.Оптические материалы. Пропускающие и отражающие оптические элементы. Сферические и асферические зеркала и дифракционные решетки.

3.Спектральные приборы нормального и скользящего падения. Оптика вакуумной ультрафиолетовой и мягкой рентгеновской области спектра.

4.Расчет оптической схемы канала синхротронного излучения. Согласование оптики канала синхротронного излучения и спектрального прибора. Специальные схемы спектральных приборов для работы в каналах синхротронного излучения.

5.Вакуумные требования каналов синхротронного излучения.

6.Методы оптических, люминесцентных и фотоэлектронных исследований с использованием синхротронного излучения. Измерение времен затухания люминесценции. Использование метода временных ворот для исследования люминесценции и отражения. Исследование анизотропных свойств кристаллов с помощью поляризованного синхротронного излучения.

7.Регистрация излучения вакуумного ультрафиолета и люминесценции. Фотоэлектронные приборы открытого и закрытого типа. Метод счета фотонов.

Литература

1.Синхротронное излучение, свойства и применения. Под ред. К.Кунца. М., “Мир”, 1981.

2.В.В.Лебедева. Техника оптической спектроскопии. М., Изд-во Московского университета, 1977.

3.А.Н.Зайдель, Е.Я.Шрейдер. Вакуумная спектроскопия и ее применение. М., “Наука”, 1976.

4.И.В.Пейсахсон. Оптика спектральных приборов. Ленинград, “Машиностроение», 1970.

5.Л.Н.Розанов. Вакуумная техника. М., “Высшая школа”, 1990.

Введение в интегральную и волоконную оптику

Автор программы: науч.сотр., к.т.н. В.Г.Воронин

5-й курс, 10-й семестр, 32 часа

1.Предмет интегральной и волоконной оптики.

2.Волоконные световоды. Основные типы световодов. Лучевая трактовка распространения света в двухслойных и градиентных световодах. Типы лучей.

Числовая апертура. Волоконно-оптические жгуты. Фоконы. Основные применения. Основы технологии изготовления.

Волновое уравнение волоконного световода. Волоконные моды. Характеристическое уравнение. Частоты отсечки. Постоянные распространения и распределения полей мод. Вытекающие моды.

Поляризационные свойства световодов. Псевдомоды с линейной поляризацией. Двулучепреломление и оптическая активность световодов. Эффект Фарадея в световоде. Деполяризация излучения в многомодовом световоде.

Дисперсия фазовой и групповой скоростей в оптических  волноводах. Межмодовая, материальная, волноводная и поляризационно-модовая дисперсия в световоде и ее влияние на  распространение сигналов в волоконно-оптическом тракте.

Связь и конверсия мод. Нерегулярный световод. Изгиб световода. Потери на изгибах и микроизгибах.

3.Ввод и вывод излучения из световода. Согласование световодов с источниками и приемниками излучения.

4.Интегрально-оптические элементы, преобразующие пространственную и временную структуру световых потоков: мультиплексоры и демультиплексоры, направленные ответвители, брэгговские решетки, интерферометры Маха-Цандера.

Основы технологии изготовления интегрально-оптических схем.

Использование интегрально-оптических схем в системах обработки информации и в лазерной технике.

5. Источники излучения для интегрально-оптических схем. Лазеры с распределенной обратной связью. Приемники излучения.

6.Особенности нелинейно-оптических явлений в световодах. ВКР, ВРМБ, генерация гармоник, фазовая самомодуляция и фазовая кросс-модуляция, нелинейное двулучепреломление, оптический эффект Керра, солитон. Использование этих явлений.

7.Световодная система связи. Её основные элементы. Ёмкость канала световодной связи. Оптимизация системы связи с учетом потерь в волоконных световодах, дисперсионных и нелинейно-оптических эффектов.

Литература

1.Х-Г. Унгер. Планарные и волоконные оптические волноводы. М., “Мир”, 1980.

2.М.Адамс. Введение в теорию оптических волноводов. М., “Мир”,1984.

3.Р.Хансперджер. Интегральная оптика. М., “Мир”, 1985.

4.С.К.Исаев. Физика волоконно-оптических устройств. М., Изд-во Московского университета, 1986.

5.Волоконная оптика. Труды ИОФ АН СССР, том 5, отв.ред.Е.М.Дианов, М., “Наука”, 1987.

6.С.А.Ахманов, В.А.Выслоух, А.С.Чиркин. Оптика фемтосекундных лазерных импульсов. М., “Наука”, 1988.

7.С.Солимено, Б.Крозиньяни, П.Порто. Дифракция и волноводное распространение оптического излучения. М., “Мир”, 1989.

8.И.Р.Шен. Принципы нелинейной оптики. М., “Наука”, 1993.

9.Волоконная оптика. Труды ИОФ РАН, том 39, отв.ред.Е.М.Дианов, М., “Наука”, 1993.

10.Г.Агравал. Нелинейная волоконная оптика. М., “Мир”, 1996.

11.А.Б.Иванов. Волоконная оптика. М., “Сайрус Системс”, 1999.

12.Сборник  ”Волоконная оптика” М., ВиКО, 2002.

Спектроскопия атомов и атомные столкновения

Автор программы: профессор В.С.Сенашенко

5-й курс, 10-й семестр, 32 часа

1.Атомные столкновения как метод изучения структуры атомов и ионов. Возможности столкновительной спектроскопии. Поглощение электромагнитного излучения атомными системами. Абсорбционная фотоэлектронная спектроскопия.

2.Систематика атомных спектров в приближении центрального поля. Описание непрерывных спектров атомов и ионов. Построение волновых функций многоэлектронных атомных систем. Метод самосогласованного поля Хартри-Фока, его упрощенные модификации. Многоконфигурационное приближение. Другие подходы к проблеме электронных корреляций. Учет магнитных взаимодействий в приближении промежуточной связи.

3.Фотопоглощение атомов и ионов в видимом, ультрафиолетовом и рентгеновском диапазоне длин волн. Переходы между дискретными уровнями. Силы осцилляторов. Переходы и непрерывный спектр. Спектральное распределение сил осцилляторов. Правила сумм. Экспериментальные методы исследования спектров фотопоглощения и фотоионизации атомов. Явление автоионизации. Контуры спектральных линий, уширенные автоионизацией. Другие проявления электронных корреляций в наблюдаемых спектрах. Нерезонансное и резонансное фотопоглощение. Угловые и энергетические распределения фотоэлектронов. Методы расчета основных характеристик фотоионизационных процессов. Фотоионизация водородоподобных атомов и ионов. Особенности фотоионизации сложных атомных систем. Влияние межэлектронных корреляций на спектральные характеристики фотоионизации атомов.Фотопроцессы с участием электронов внутренних оболочек атомов. Явление диэлектронной рекомбинации. Сателлитная структура спектров излучения многозарядных ионов. Многоступенчатая фотоионизация атомных систем лазерным излучением. Стохастический механизм фотоионизации и квантовые эффекты. Фазовая, частотная и амплитудно-фазовая модуляция лазерного излучения. Влияние стохастичности лазерного излучения на индуцирование нелинейных резонансов в непрерывном спектре фотопоглощения.

4.Смешанные спектры атома гелия и атомов щелочноземельных элементов. Состояния двухэлектронного возбуждения валентных оболочек. Смещенные термы щелочных атомов. Состояния одноэлектронного возбуждения внутренних оболочек атомов. Типы автоионизационных состояний атомов инертных газов. Спектроскопические характеристики автоионизационных состояний. Короткоживущие и метастабильные автоионизационные состояния, их радиационный и безрадиационный распад, энергия возбуждения и времена жизни. Правила отбора для автоионизационных переходов. Оже-спектроскопия и её приложения.

5.Столкновения электронов с атомами и ионами. Резонансное и нерезонансное взаимодействие электронов с атомными системами: упругое рассеяние, возбуждение, ионизация. Спектры неупругих потерь рассеянных электронов. Спектры выбитых электронов. Спектроскопические возможности квазиупругого выбивания электронов как метода изучения структуры атомных и молекулярных систем. Возбуждение автоионизационных состояний электронным ударом. Амплитуда и сечения ионизаций атомов с учетом автоионизационных переходов. Формирование автоионизационных резонансов, асимметрия резонансных профилей и определение выхода автоионизационных электронов. Влияние интерференции на форму энергетических спектров рассеяния и выбитых электронов в области возбуждения автоионизационных резонансов.

6.Электронная спектроскопия ионизационных столкновений протонов с атомами. Угловые и энергетические распределения электронов при ионизации атомов многозарядными ионами. Механизмы формирования состояний непрерывного спектра в столкновениях атомов с положительно заряженными частицами. Влияние взаимодействия заряженных частиц на характеристики автоионизационных резонансов: уширение и сдвиг резонансных линий. Применение методов электронной спектроскопии для исследования других физических явлений и решения различных спектроскопических задач.

Литература

1.У.Фано, Дж.Купер. Спектральное распределение сил осцилляторов в атомах.  М. “Наука”, 1972.

2.Г.Ф.Друкарев. Столкновение электронов с атомами и молекулами.  М. “Наука”, 1975.

3.М.И.Козлов. Спектры поглощения паров металлов в вакуумном  ультрафиолете.  М. “Наука”. 1981.

4.Э.С.Парилис. Эффект Оже.  Ташкент: Фан. 1969.

5.У.И.Сафронова, В.С.Сенашенко Теория спектров многозарядных  ионов.  М., Энергоатомиздат, 1984.

6.В.Г.Неудачин, Ю.В.Попов, Ю.Ф.Смирнов. УФН, том 69, №10, 1999.

7.В.С.Сенашенко, Г.А.Симонов. Автоионизационные состояния трехэлектронных атомных систем. Сб.”Столкновения быстрых ионов в веществе” М., УНЦДО, 2002.

8.Ю.И.Геллер, А.К.Попов. Лазерное индуцирование нелинейных резонансов в сплошных спектрах. Новосибирск, “Наука”, 1981.

9.П.В.Елютин. Проблема квантового хаоса. УФН, т.155, №3, 1988.

Вторичные процессы в диэлектрических кристаллах

Автор программы: профессор А.Н.Васильев

5-й курс, 10-й семестр, 32 часа

1.Вторичные процессы в диэлектрических кристаллах. Общая картина. Феноменологические факторы, влияющие на формирование квантового выхода вторичных процессов.

2.Спектр возбуждений в диэлектриках. Многочастичные возбуждения. Функции распределения.

3.Миграция заряженных возбуждений. Рассеяние электронов и дырок на фононах. Охлаждение горячих возбуждений за счет испускания оптических фононов. Кинетическое уравнение в приближении дрейфа по энергии. Пространственная диффузия зонных возбуждений. Пространственная диффузия локализованных возбуждений.

4.Захват электронов. Захват на заряженные дефекты путем испускания акустических фононов. Захват с учетом оптических фононов.

5.Миграция нейтральных электронных возбуждений. Элементарный акт диполь-дипольного переноса. Кинетические уравнения для системы доноров и акцепторов. Кинетика диполь-дипольного переноса.

6.Реабсорбция люминесценции.

7.Модель однородного возбуждения кристалла. Возбуждение дефектов в при наличии ловушек. Кинетика первого порядка. Кинетика второго порядка. Инфракрасная стимуляция. Межзонное возбуждение.

8.Термостимулированная люминесценция.

9.Приповерхностное тушение люминесценции. Диффузионный механизм поверхностного тушения. Тушение люминесценции из-за диффузии к поверхности. Тушение люминесценции из-за радиационного переноса на поверхность. Неоднородное распределение примесей. Раздельная диффузия электронов и дырок. Зависимость квантового выхода от коэффициента поглощения в нелинейном случае без диффузии.

10.Рекомбинация скоррелированных возбуждений. Пространственное разделение горячих электронов и дырок. Кинетическое уравнение на стадии рекомбинации. Экситонный и рекомбинационный каналы люминесценции. Рекомбинация скоррелированных частиц в присутствии ловушек.

11.Размножение электронных возбуждений. Случай параболического закона дисперсии энергии электронов и дырок. Общая картина размножения электронных возбуждений. Кинетическое уравнение для случая сильно неупругого рассеяния возбуждений. Размножение электронных возбуждений в кристаллах с узкой валентной зоной. Размножение электронных возбуждений с учетом дисперсии энергии дырки. Ударная ионизация и возбуждение дефектов.

12.Кросслюминесценция. Общие свойства остовно-валентных переходов. Кинетическое уравнение для остовных дырок. Аппроксимация кинетического уравнения вблизи порога Оже-процессов. Температурная зависимость кросслюминесценции. Температурное ускорение кросслюминесценции. Роль примесей в эффекте кросслюминесценции.

13.Неравновесное поглощение и горячая люминесценция.

14.Фотоэмиссия электронов из твердых тел. Трехступенчатая модель фотоэмиссии. Средняя длина свободного пробега высокоэнергетичных электронов.

15.Возбуждение вторичных процессов ионизирующим излучением. Взаимодействие твердых тел с ионизирующим излучением. Размеры возбужденной области. Система уравнений для возбужденной области. Кинетика рекомбинации первоначально скоррелированных возбуждений. Основные характеристики сцинтилляторов.

16.Рассеяние света твердыми телами.

Литература

1.А.Н.Васильев, В.В.Михайлин.  Введение в спектроскопию твердого тела. М., Изд-во Московского университета, 1987.

2.В.В.Антонов-Романовский.  Кинетика  фотолюминесценции   кристаллофосфоров. М., “Наука”, 1966.

3.Э.Д.Алукер, Д.Ю.Лусис, С.А.Чернов.  Электронные возбуждения и  радиолюминесценция  щелочно-галоидных  кристаллов.  Рига, “Зинатне”, 1979.

4.В.М.Агранович, М.Д.Галанин. Перенос энергии электронного возбуждения в конденсированных средах. М., “Наука”, 1978.

5.М.А.Эланго.  Элементарные  неупругие   радиационно-индуцированные процессы. М., “Наука”, 1988.

6.В.Ф.Гантмахер, И.Б.Левинсон. Рассеяние носителей заряда в металлах и полупроводниках. М., “Наука”, 1984.

7.Ю.Л.Климонтович.  Кинетическая  теория  электромагнитных процессов. М., “Наука”, 1980.

8.Ч.Б.Лущик, А.Ч.Лущик. Распад электронных возбуждений с образованием дефектов в твердых телах. М., “Наука”, 1989

9.Ю.Р.Закис, Л.Н.Канторович, Е.А.Котомин, В.Н.Кузовков, И.А.Тале, А.И.Шлюгер.  Модели  процессов в широкозонных твердых телах с дефектами. Рига, “Зинатне”, 1991.

Синхротронное излучение в биологии и медицине

Авторы программы: к.ф.-м.н. А.А.ВАЗИНА

профессор В.В.Михайлин

5-й курс, 10-й семестр, 32 часа

1.Исследование in vitro задач структурной биологии.

1.1.Методический аспект использования синхротронного излучения в исследовании биополимеров; разработка технических устройств, связанных со спецификой методов и особенностями исследуемых объектов.

1.2.Рентгенографические исследования биологических структур с высоким временным разрешением в процессе реализации физиологической функции; исследование структурной динамики мышцы в процессе сокращения.

1.3.Рентгеноструктурный анализ кристаллических белков, вирусов, нуклеиновых кислот, рибосом.

1.4.Решение фазовой проблемы на основе использования метода аномального рассеяния.

1.5.Исследование структурной динамики кристаллических белков с использованием рентгеновской дифракции с высоким временным разрешением.

1.6.Рентгенодифракционные исследования фибриллярных структур.

1.7.Рентгенографические исследования  больших периодов паракристаллических структур и растворов биополимеров методом малоугловой дифракции и малоуглового диффузного рассеяния.

1.8.Рентгеноспектральные исследования локальной структуры металл-связывающих центров белков методом EXAFS-спектроскопии.

1.9.Микродифракционные исследования локальной структуры клетки с использованием микропучковой техники.

2.Исследование in vivo задач структурной биологии тканей и целого организма.

2.1.Рентгенодифракционные исследования биологических тканей в норме и при патологии.

2.2.Ультрамалоугловые исследования больших периодов структуры в биологических тканях.

2.3.Рентгеноспектральный многоэлементный анализ биологических тканей и жидкостей, продуцируемых организмом.

2.4.Получение фазовоконтрастных изображений слабо- рассеивающих образцов мышечной и эпителиальной тканей.

3.Рентгенодиагностика  с использованием синхротронного излучения.  Двухцветная диагностика. Ангиография. Рентгено- люминофоры и запоминающие экраны. Дигитальная диагностика. Сцинтилляторы в медицине. Позитрон-эмиссионная томография (ПЭТ). Медицинские установки в каналах синхротронного излучения. Радиология.

Литература

1.Синхротронное излучение, свойства и применения. Под ред. К.Кунца. М.,  “Мир”, 1981.

2.Сборник “Новые физические методы в биологических исследованиях”, М., “Наука”, 1987.

3.В.В.Болдырев, Н.З.Ляхов, Б.П.Толочко, А.А.Вазина и др. Дифрактометрия с использованием синхротронного излучения, Новосибирск, “Наука”,1989.

4.Физические методы изучения молекулярных и надмолекулярных структур, М., “Наука”, 1979.

5.А.А.Вазина. Использование синхротронного излучения для рентгенографического исследования биополимеров. Молекулярная биология. т.8. Физические методы в молекулярной биологии. Итоги науки  и техники, М., 1976.

6.И.М.Тернов, В.В.Михайлин. Синхротронное излучение. Теория и эксперимент. М., Энергоатомиздат, 1986.

Лазеры в медицине

Автор программы: ст.науч.сотр., к.ф.-м.н. О.М.ВОХНИК

5-й курс, 10-й семестр, 40 часов

Особенности взаимодействия оптического излучения с биотканью

1.Лазеры в микродиагностике

Лазерный флуоресцентный анализ. Обзор основных методов абсорбционной  спектроскопии, используемых в медицине. Диодная лазерная спектроскопия. Пикосекундная спектроскопия.

2.Применение лазеров в макродиагностике

Лазерная нефелометрия, поляризационная нефелометрия, метод малоуглового рассеяния света, пролетная цитометрия. Лазерная спектроскопия квазиупругого рассеяния биообъектов. Рэлеевское рассеяние в диагностике новообразований.

3.Лазеры в терапии

Фотодинамическая терапия опухолей. Лазерная терапия  сосудистых,  пигментированных  и  непигментированных патологий. Лазеры в лечении ран, язв и замедленной консолидации переломов. Лазерная биостимуляция. Механизмы терапевтического действия низкоинтенсивного лазерного излучения.  Светокислородный эффект.

4. Лазерная хирургия

Лазерные скальпели-коагуляторы. Лазерная трансмиокардиальная васкуляризация. Выбор лазеров для ангиопластики. Лазерная литотрипсия.

5.Лазеры в офтальмологии

Устройство глаза. Глаз как оптический прибор. Механизм зрения. Интерферометрические и голографические методы диагностики,  ретинометрия, флуоресцентная спектроскопия, спекл-интерферометрия. Лазерная микрохирургия глаза Лазерная  офтальмоонкология.

Литература

1.А.В.Приезжев, В.В.Тучин, Л.П.Шубочкин.Лазерная диагностика в биологии и медицине, М.,”Наука”, 1989.

2.В.В.Тучин. Лазеры и волоконная оптика в биомедицинских исследованиях. Саратов, Изд-во Саратовского университета, 1998.

3.И.В.Пономарев. Лазеры на парах меди и золота в медицине. М.,1998.

4.Прикладная лазерная медицина. Учебное и справочное пособие. Под ред. Х.-П.Берлиена, Г.Й.Мюллера. Берлин-Москва, 1997.