Спецкурс
"Оптические микрорезонаторы"

Спецкурс предназначен для студентов 4-го курса отделения радиофизики. Для освоения курса необходима предварительная подготовка по курсам 'Теория колебаний', 'Теория волн' и "Уравнения математической физики". Спецкурс содержит изложение основ теории и приложений оптических микрорезонаторов в высокоселективных устройствах современной оптоэлектроники и экспериментальной физики. На примере оптических микрорезонаторов рассмотрены многие актуальные вопросы современной физики и математики. Наибольшее внимание уделяется оптическим резонаторам с модами типа шепчущей галереи (МШГ), обладающим наивысшей добротностью. Курс базируется на материале научных публикаций последних лет.

Программа спецкурса "Оптические микрорезонаторы"
4 курс, 8 семестр, 32 часа
Лектор: д.ф-м.н. Городецкий Михаил Леонидович

 
Основные разделы курса:

1. Резонанс, резонатор и добротность. Колебательный контур и резонатор. Добротность собственная и нагруженная. Укороченные уравнения. Критическая связь. Распределенные резонаторы. Объемные резонаторы. Виды оптических микрорезонаторов. (2011)

2. Уравнение Максвелла. Граничные условия. Скалярное и векторное уравнения Гельмгольца в криволинейных координатах. Методы решения. Потенциалы Дебая. Проблемы нормировки в открытых резонаторах (2009)

3. Резонатор Фабри-Перо. Резкость. Добротность. Согласование. Укороченное уравнение.  Гауссовы пучки. Продольные и поперечные моды. Брэгговские зеркала. (2011)

4. Решение волнового уравнения в цилиндрических координатах. Функции Бесселя высокого порядка. Закрытый цилиндрический резонатор. Открытый цилиндрический резонатор. Характеристическое уравнение. Методы приближенного решения. Излучательная добротность(2009)

5. Моды сферического резонатора. Методы решения характеристического уравнения. Спектр и излучательная добротность. Нормировка(2008)

6. Квазиклассическое приближение. Метод эйконала. Условия квантования. (2008)

7. Лучевое приближение. Правила квантования. Геометрическая интерпретация мод в цилиндре, шаре, сфероиде. (2008)

8. Лучевое приближение при наличии диэлектрической границы. Принцип локализации. Матрица рассеяния. Формулы Френеля. Эффект Гуса-Хенхена. Отражение от диэлектричекой поверхности с кривизной. Собственные частоты и добротность диэлектрических резонаторов в лучевом приближении. (2008)

9. Связь с оптическими микрорезонаторами. Нагруженная добротность и критическая связь. Связь с МШГ. Методы расчета элементов связи. Различные типы элементов связи. Призма. Оптическое волокно.

10. Добротности реальных оптических микрорезонаторов. Оптических материалы для микрорезонаторов. Объемные потери. Поглощение и рассеяние. Рамановское рассеяние. Теория рассеяния Эйнштейна. Поверхностные потери рассеяния и поглощения. Обратное рассеяние.

11. Изготовление оптических микрорезонаторов. Кварцевые микросферы и микроторы. Кристаллические микрорезонаторы. Интегральные технологии. Методы измерения добротности.
Презентация к лекции 12.

12. Нелинейные свойства оптических микрорезонаторов. Порог. Собственная и тепловая нелинейность. Бистабильность. Электрооптический эффект. Рамановский ангармонизм. Параметрическая неустойчивость. (Текст лекции пока не подготовлен. Подготовка по конспектам).

13. Применение оптических микрорезонаторов. Фильтры. Стабилизация лазеров. Химические и биологические сенсоры. Переключатели. Модуляторы. Лазерная и параметрическая генерация. Высокостабильные СВЧ генераторы. Оптические микрорезонаторы в фундаментальной физике. Квантово-невозмущающие измерения. Эксперименты квантовой электродинамики резонатора. Фундаментальные термодинамические флуктуации. Фотонные атомы и молекулы. Исследования хаоса. (Лекция основана на англоязычном обзоре и пока не полностью адаптирована).

Программу составил д.ф-м.н. Городецкий М.Л.