План изучения раздела "Оптика" курса общей физики

Лекция 1.
Основные разделы современной оптики и решаемые ими задачи. Классическая электромагнитная теория света. Классификация волн. Шкала электромагнитных волн. Источники света, их характеристики. Недостатки классической электромагнитной теории. Корпускулярно-волновой дуализм.
Лекция 2.
Электромагнитная теория распространения света. Уравнения Максвелла. Волновое уравнение. Бегущие электромагнитные волны. Скорость света. Плотность энергии и импульса электромагнитных волн. Вектор Умова-Пойнтинга. Интенсивность света. Волновые пучки и волновые пакеты.
Лекция 3.
Модели оптического излучения. Монохроматические и квазимонохроматические волны, широкополосное излучение. Фурье-анализ и Фурье-синтез волновых полей. Спектральная плотность мощности. Модулированные волны. Соотношение между длительностью импульса и шириной спектра.
Лекция 4.
Интерференция света. Интерференция монохроматических волн. Интерференция квазимонохроматического света. Функция видности. Временная когерентность, длина и время когерентности; спектральное и временное рассмотрение. Взаимосвязь спектра и корреляционной функции, понятие о Фурье-спектроскопии.
Лекция 5.
Получение интерференционных картин делением волнового фронта (метод Юнга) и делением амплитуды (метод Френеля). Полосы равной толщины и равного наклона. Основные интерференционные схемы. Интерферометр Майкельсона.
Лекция 6.
Пространственная когерентность. Интерферометр Юнга. Звездный интерферометр Майкельсона. Радиус пространственной когерентности, оценки для полей тепловых источников и лазеров. Методы повышения степени когерентности, пространственные фильтры и монохроматоры.
Лекция 7.
Многоволновая интерференция. Суперпозиция многих волн с равными амплитудами. Интерферометр Фабри-Перо. Формула Эйри. Пластинка Люммера-Герке.
Лекция 8.
Применение интерферометров в научных исследованиях и технике. Раз личные типы интерферометров. Модуляционная интерферометрия и измерение малых смещений. Интерференционные фильтры и зеркала.
Лекция 9.
Дифракция света. Принцип Гюйгенса-Френеля. Дифракционный интеграл и его трактовка. Зоны Френеля. Применение векторных диаграмм для качественного анализа дифракционных картин. Зонная пластинка. Линза.
Лекция 10.
Простейшие дифракционные задачи: дифракция на круглом отверстии и круглом экране. Пятно Пуассона. Дифракция на крае полубесконечного экрана. Спираль Корню. Ближняя и дальняя зоны дифракции. Дифракционная длина.
Лекция 11.
Понятие о теории дифракции Кирхгофа. Приближение Френеля и приближение Фраунгофера. Пространственное преобразование Фурье. Дифракционная картина в дальней зоне как Фурье-образ дифракционного объекта. Угловой спектр, связь его ширины с размерами отверстия.
Лекция 12.
Дифракция Фраунгофера. Дифракция на прямоугольном отверстии, круглом отверстии и щели. Амплитудные и фазовые дифракционные решетки. Дифракция на акустических волнах. Акустооптические модуляторы.
Лекция 13.
Спектральный анализ в оптике. Спектроскопия с пространственным разложением спектров. Призменные, дифракционные и интерференционные спектральные приборы и их основные характеристики: аппаратная функция, угловая и линейная дисперсия, разрешающая способность, область дисперсии.
Лекция 14.
Дифракция волновых пучков. Дифракционная теория формирования изображений. Роль дифракции в приборах, формирующих изображение: линзе, телескопе и микроскопе. Специальные методы наблюдения фазовых объектов: метод фазового контраста, метод темного поля.
Лекция 15.
Дифракция на многомерных структурах. Схемы Брэгга и Лауэ. Обратные задачи в теории дифракции. Понятие о рентгеноструктурном анализе. Голография. Схемы записи голограмм и восстановления изображений.
Лекция 16.
Распространение света в веществе: микроскопическая картина. Дисперсия света. Классическая электронная теория дисперсии. Зависимости показателей преломления и поглощения от частоты. Фазовая и групповая скорости, их соотношение (формула Рэлея). Поглощение света (закон Бугера). Дисперсионное расплывание волновых пакетов.
Лекция 17.
Поляризация света. Линейно, циркулярно и эллиптически поляризованный свет. Математическое описание состояния поляризации. Поляризация естественного света.
Лекция 18.
Оптические явления на границе раздела изотропных диэлектриков. Формулы Френеля. Поляризация отраженной и прошедшей волн. Угол Брюстера. Явление полного внутреннего отражения, его применения.
Лекция 19.
Распространение световых волн в анизотропных средах: экспериментальные факты и элементы теории. Уравнение волновых нормалей Френеля. Фазовая и лучевая скорости. Одноосные и двухосные кристаллы.
Лекция 20.
Явления на границе раздела анизотропных сред. Двойное лучепреломление света. Качественный анализ распространения света с помощью построения Гюйгенса. Интерференция поляризованных волн. Поляризационные приборы, четвертьволновые и полуволновые пластинки.. Получение и анализ эллиптически поляризованного света.
Лекция 21.
Анизотропия оптических свойств, индуцированная механической деформацией, электрическим (эффекты Поккельса и Керра), магнитным (эффекты Фарадея и Коттона-Муттона) полями. Понятие о гиротропных средах. Естественная оптическая активность. Сахариметрия.
Лекция 22.
Рассеяние света. Зависимость интенсивности рассеянного света от частоты (формула Рэлея) и угловая диаграмма рассеяния. Поляризация рассеянного света, его спектральный состав. Рассеяние Мандельштама-Бриллюэна, спонтанное комбинационное рассеяние, крыло линии Рэлея. Рассеяние света в мелкодисперсных и мутных средах.
Лекция 23.
Излучение света. Классическая модель затухающего дипольного осциллятора. Оценка времени затухания. Лоренцева форма и ширина линии излучения. Излучение ансамбля статистически независимых осцилляторов. Ударное (столкновительное) и допплеровское уширение спектральной линии. Понятие об однородном и неоднородном уширении.
Лекция 24.
Тепловое излучение. Излучательная и поглощательная способности вещества и их соотношение. Модель абсолютно черного тела. Закон Стефана-Больцмана, формула смещения Вина. Формула Рэлея-Джинса. Ограниченность классической теории излучения. Элементы квантового подхода. Формула Планка.
Лекция 25.
Основные представления о квантовой теории излучения света атомами и молекулами. Модель двухуровневой системы. Взаимодействие двухуровневой системы с излучением: спонтанные и вынужденные переходы. Коэффициенты Эйнштейна.
Лекция 26.
Многоуровневые системы. Явление люминесценции: основные закономерности, спектральные и временные характеристики, интерпретация в рамках квантовых представлений. Резонансное усиление света при инверсной заселенности энергетических уровней. Методы создания инверсной заселенности в различных средах. Факторы, определяющие ширину линии усиления.
Лекция 27.
Лазеры — устройство и принцип работы. Роль оптического резонатора. Условия стационарной генерации (баланс фаз и баланс амплитуд). Продольные и поперечные моды. Спектральный состав излучения лазера. Факторы, определяющие предельную степень временной и пространственной когерентности. Синхронизации мод, генерация сверхкоротких импульсов.
Лекция 28.
Нелинейные оптические явления. Поляризация среды в поле высокоинтенсивного лазерного излучения. Среды с квадратичной нелинейностью. Генерация гармоник, оптическое детектирование. Фазовый синхронизм и его реализация.
Лекция 28.
Среды с кубичной нелинейностью. Самофокусировка волновых пучков и самомодуляция импульсов. Вынужденное комбинационное рассеяние.

ПЛАН СЕМИНАРОВ