Взаимодействие лазерного излучения с молекулярными газами

Программа
ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ ЛАЗЕРНОГО ИЗЛУЧЕНИЯ С МОЛЕКУЛЯРНЫМИ ГАЗАМИ
1. Элементы спектроскопии. Электронные состояния. Номенклатура. Адиабатический принцип Борна-Оппенгеймера, электронные термы, гамильтониан ядерного движения, внутримолекулярные переходы.
2. Двухатомная молекула. Разделение энергии на колебательную и вращательную. Взаимодействие колебаний и вращений. Ангармонизм колебаний, структура колебательного спектра. Вращательная структура колебательного и электронно- колебательного перехода, диаграммы Фортра. Структура электронной полосы, факторы Франка-Кондона. Эксимерные молекулы. Структура полосы В-Х молекулы ХеСl.
3. Многоатомные молекулы. Невозможность строгого разделения на колебания и вращения. Колебания невращающейся молекулы. Гармоническое приближение, колебательные моды. Симметрия, вырожденные колебания. Состояния, энергия, система обозначений, правила отбора. Ангармонизм. Запрещенные переходы. Резонанс Ферми. Спектр молекулу СО2. Плотность колебательного спектра, взаимодействие мод при высоком уровне колебательного возбуждения. Вращения жестких волчков. Взаимодействие колебаний и вращений. Правила отбора при колебательно вращательных переходах, структура полос.
4. Релаксационные процессы в колебательно вращательном спектре. Молекулярные лазеры. Динамика лобового столкновения двухатомных молекул. Гамильтониан возмущения для колебаний при классическом описании поступательного движения. Вероятность перехода между колебательными состояниями. Усреднение по скоростям. Формула Ландау-Теллера. Обобщения. Прямые и обратные переходы и принцип детального равновесия. Терминология (V-V и V-V ', внутри и межмолекулярные, V-T, V-R, R-R, R-T переходы). Иерархия скоростей.
5. Резонансные и нерезонансные переходы и иерархия времен релаксации. Кинетика V-T релаксации. V-V релаксация в системе гармонических и ангармонических осцилляторов, распределение Тринора, СО-лазер. Межмолекулярный обмен, возможность перегрева низкочастотных колебаний. Релаксационные процессы в СО2 - лазере. Эксимерный лазер на ХеСl, феноменологическое время Т2, как обратная ширина полосы переходов В,0®Х,v .
6. Линейная и нелинейная поляризуемости. Обобщенная двухуровневая система. Многофотонные процессы. Теория возмущений, проблема сходимости. Разделение на резонансные и нерезонансные (адиабатические и неадиабатические) переходы. Обобщенная двухуровневая система. Неканонический гамильтониан возмущения, неканонический оператор дипольного момента. Линейная и нелинейные поляризуемость, диагональные и недиагональные матричные элементы. Комбинационная поляризуемость на колебательных и на вращательных переходах, полуклассическая интерпретация и порядки величин.
7. Переходы в двухуровневых и многоуровневых системах. Поляризуемость и штарковский сдвиг. Штарковский сдвиг и закон сохранения энергии. Неадиабатическое прохождение резонансов. Нарушение когерентности переходов в многоуровневых системах. Переходы между мультиплетами. Деструктивная интерференция, темные состояния.
8. Бесстолкновительная фотодиссоциация в ИК поле. История открытия. Изотопическая селективность. Пороговый характер. Бесстолкновительный характер. Слабая зависимость от интенсивности. Теоретическая модель. Дискретный и квазисплошной спектр. Многофотонные и многоступенчатые (некогерентные) переходы. Кинетика многоступенчатых переходов. Уравнения. Модельные решения.
9. Вынужденные рассеяния света. ВКР. Простейшие экспериментальные закономерности (порог, зависимость усиления от взаимного направления волн, высшие стоксовские и антистоксовские компоненты, их направления). Механизм явления. Основные уравнения в двухуровневой модели. Форма линии КР в газах, зависимость от взаимного направления волн, сужение давлением, вращательная структура, коллапс вращательной структуры. ВКР в поле широкополосной накачки. Нестационарное ВКР. ВКР во встречных пучках. Параметрические процессы, генерация антистоксоых волн. ВКР на вращательных переходах и ориентационная нелинейность показателя преломления. Связь с анизотропией поляризуемости, численные значения, характерное время отклика. ВРМБ. Отражение света от звуковой волны, эффект Допплера, условие синхронизма. Трехволновое взаимодействие и рассеяние. Формализм. Уравнения для световых и акустических волн. Стационарный режим. Конкуренция с ВКР, зависимость от давления и от длины волны возбуждающего света, сравнительные оценки усиления. Области применения.
10. Лазерный пробой. Лавинная ионизация, нагревание и потери энергии электронов, ионизация и рекомбинация, зависимость скорости от давления, интенсивности, состава газа, сечения пучка. Затравочные электроны. Теоретический порог пробоя. Экспериментальные закономерности. Роль пыли. Ионизация в поле короткого импульса. Туннельная и многофотонная ионизация. Формулы для вероятности.
11. Другие нелинейнооптические явления. Генерация гармоник, четырехволновые параметрические процессы 2wRw1+w2. Самофокусировка и дефокусировка. Фазовая самомодуляция, аномальное уширение спектра при фокусировке. Терраватные пучки в атмосфере.

& Литература
1. Л.Д.Ландау и Е.М.Лифшиц, Квантовая механика
2. Г. Герцберг, Спектры двухатомных молекул
3. Г. Герцберг, Колебательно- вращательные спектры многоатомных молекул
4. Б.Ф.Гордиец, Л.А.Шелепин, А.И.Осипов, Релаксационные процессы в молекулярных лазерах
5. И.Брандмюллер, Г.Мозер, Введение в комбинационное рассеяние света
6. И.Р.Шен, Принципы нелинейной оптики


Программу составил
профессор Платоненко В.Т.