Физическая оптика

Физическая оптика

  1. Введение
    • Шкала электромагнитных волн.
  2. Излучение электромагнитных волн
    • Поперечная (кулоновская) и лоренцевская калибровки поля. Волновое уравнение. Монохроматическая плоская волна.
    • Запаздывающие потенциалы и их спектральное разложение. Поле движущихся зарядов.
    • Поле системы зарядов на далеких (волновая зона) и близких расстояниях. Связь Фурье компонент векторного потенциала и полей с Фурье компонентой плотности тока. Интенсивность излучения и ее спектральное распределение.
    • Поле линейного электрического диполя в ближней и дальней зонах. Интенсивность дипольного излучения.
    • Разложение полей по мультиполям. Магнитно-дипольное и электро-квадрупольное излучение.
    • Спин и чётность фотонов. Типы фотонов. Спиральность.
  1. Элементарная теория дисперсии
    • Приближённый вывод формулы Лорентц-Лоренца. Теорема погашения Эвальда-Озеена и точный вывод формулы Лорентц-Лоренца.
    • Вывод дисперсионной формулы классической электродинамики на примере осциллятора во внешнем поле. Нормальная и аномальная дисперсия. Комплексный показатель преломления и коэффициент затухания. Диэлектрическая проницаемость металлов и плазмы.
    • Уравнения переменного поля в металлах. Глубина скин-слоя в оптическом диапазоне длин волн. Идеальный проводник.
  1. Основы теории рассеяния света
    • Рассеяние и поглощение электромагнитных волн на макроскопических частицах (сечения рассеяния и поглощения на шарике малого радиуса, a << †λ).
    • Рассеяние света на флуктуациях плотности среды. Теория Эйнштейна. Рассеяние Мандельштама-Бриллюэна.
    • Коэффициенты рассеяния и экстинкции света. Оптическая теорема.
    • Основы точной теории рассеяния света на шаре (теория Ми).
    • Моды шепчущей галереи.
  1. Распространение света и теория дифракции
    • Принцип Гюйгенса-Френеля. Интеграл Кирхгофа. Принцип Бабинэ. Сечение экстинкции тела в области λ<< a << r.
    • Точное решение задачи дифракции на краю идеально проводящего клина. Дифракция на плоских идеально проводящих экранах.
    • Электромагнитный принцип Бабине (теорема Мандельштама-Леонтовича).
    • Параболическое уравнение. Приближение квазиоптики. Дифракция и фокусировка гауссова пучка. Продольные моды резонатора со сферическими зеркалами и условие устойчивости резонатора. Астигматичный гауссов пучок. Основы матричной оптики. Поля E и H в гауссовом пучке.
    • Эрмит-Гауссов пучок. Высшие поперечные моды резонатора. Вырожденные моды.
    • Лагерр-Гауссов пучок. Конфокальный резонатор. Форма и параметры Лагерр-Гауссова пучка.
    • Фотонные кристаллы 1D, 2D и 3D (основные представления). Разрешенные и запрещенные зоны частот квантов.
  1. Электромагнитные волны в резонаторах и волноводах
    • Стоячие электромагнитные волны в резонаторах. Собственные частоты колебаний в резонаторах (на примере прямоугольного резонатора).
    • Распространение ТМ и ТЕ волн в волноводах. Критический радиус волновода. Нижняя граница частот для распространения волн в волноводах (эффект отсечки). Главная волна. Волноводы прямоугольного и круглого сечения.
  1. Фазовая и групповая скорость света
    • Преобразование светового импульса при пррохождении среды. Интеграл Дюамеля. Групповая скорость в средах с дисперсией первого порядка.
    • Дисперсия групповых скоростей. Спектрон. Эффекты остановки и хранения света. Отрицательная групповая скорость.

Список основной литературы

  1. С.А. Ахманов, C.Ю. Никитин, Физическая оптика, М.: Изд-во МГУ; Наука 2004
  2. М. Борн, Э. Вольф. Основы оптики (Наука, Москва, 1973): главы 1, 2, 13.
  3. Л.Д. Ландау, Е.М. Лифшиц. Теория поля (Наука, Москва, 1973).
  4. Л.Д. Ландау, Е.М. Лифшиц. Электродинамика сплошных сред (Наука, Москва, 1982): §92, 93, 120.
  5. В.Б. Берестецкий, Е.М. Лифшиц, Л.П. Питаевский. Квантовая электродинамика. §6, 8, 46, 50.
  6. Л.А. Вайнштейн. Электромагнитные волны (Изд. “Советское радио”, Москва, 1957).
  7. К. Борен, Д. Хафмен. Поглощение и рассеяние света малыми частицами (М.: Мир, 1986).
  8. Д. Маркузе. Оптические волноводы (Мир, Москва, 1974).
  9. И.И. Собельман. К теории рассеяния света в газах. Успехи физ. наук. том 172, № 1, сс. 85–90 (2002).
  10. Л. Новотный, Б. Хехт, Основы нанооптики, Издательство: ФИЗМАТЛИТ, 2009.
  11. И.Е. Тамм. Основы теории электричества. (Наука, Москва, 1989): §99.
  12. L. Barnes, A. Dereux, T.W. Ebbesen. Surface plasmon subwavelength optics. Nature, Vol. 424, p. 824 (2003).
  13. А.Н. Ораевский. Волны шепчущей галереи. Квантовая электроника, 32, № 5 (2002).
  14. А.Н. Ораевский. Спонтанное излучение в резонаторе. УФН, 64, №4, с.415 (1994).
  15. В.П. Быков, О.О. Силичев, Лазерные резонаторы, Москва, ФИЗМАТЛИТ, 2003.
  16. O. Kocharovskaya, Y. Rostovtsev, M.O. Scully, Stopping Light via Hot Atoms. Phys. Rev. Lett. Vol. 86, No. 4, p. 628 (2001).
  17. D. F. Phillips, A. Fleischhauer, A. Mair, and R. L. Walsworth, M. D. Lukin, Storage of Light in Atomic Vapor. Phys. Rev. Lett. Vol. 86, No. 5, p. 783 (2001).

Leave a Comment