Физика: оптика
Язык обучения
Русский
Учебный семестр
осенний
Кредиты
4.00
Трудоемкость
2 лекции, 2 практики и 2 лабораторные работы в неделю
Курс специальные разделы оптики представляет собой углубленную версию раздела «Оптика» курса общей физики. В рамках курса на основе уравнений Максвелла проводится последовательный теоретический анализ решений для электромагнитных волн в вакууме. Предполагается получение волнового уравнения Даламбера в различных представлениях. Подробно разбираются свойства и характеристики фундаментального решения в виде плоских, сферических и цилиндрических электромагнитных волн. Рассматривается резонаторная задача и модовый состав излучения в резонаторе с идеально отражающими стенками. Обсуждается использование Фурье анализа для представления произвольного поля по плоским волнам. Отдельно изучается случай гауссового сигнала. Разбираются вопросы описания полностью поляризованного, частично-поляризованного и неполяризованного излучения. Рассматривается классическая теория дипольного, изучаются модели излучения атома Томпсона, ускоренно движущегося заряда, осциллятора и ротатора. Также рассматриваются вопросы спектральных характеристик излучения эффекты Штарка и Зеемана. Последовательно строится теория распространения и взаимодействия электромагнитных волн с веществом на основе уравнений, дополненных материальными уравнениями. Рассматривается классическая теория дисперсии вещества, в том числе с учетом проводимости среды. Изучаются распространение света в анизотропных средах, включая двуосные кристаллы, искусственная анизотропия и магнетооптические эффекты. Теория дифракции на основе интеграла Кирхгофа. Рассмотрены как дифракция Френеля, так и дифракция Фраунгофера с различной геометрии щели, включая дифракцию на хаотических структурах. Подробно рассматривается дифракция на периодических структурах и дифракционных решетках, включая рассмотрение решеток с профилированных штрихом, двух и трехмерных периодических структур. Строится последовательная теория спектральных приборов. Освещаются вопросы фурье-оптики и основ голографии, включая принципы динамической голографии. При изучении интерференции рассматриваются двух- и многолучевая интерференция. Подробно рассмотрены основные виды интерферометров и принципы их использования в физических измерениях, в том числе принципы фурье-спектроскопии на основе интерферометров Майкельсона и Фабри-Перо. Подробно рассматриваются вопросы временной и пространственной когерентности. Даются основы матричной оптики, включая расчет гауссовых пучков в центрированной системе методами матричной оптики. Изучаются вопросы и эффекты, которые стимулировали развитие квантовой теории. Излучение абсолютно твердого тела, гипотеза Планка, квантование поля и фотоны, четырех-вектор энергии-импульса, фотоэффект, эффект Комптона, давление света, интерференционный опыт Юнга с точки зрения корпускулярной теории света. Рассматриваются механизмы возникновения нелинейного отклика среды: учет силы Лоренца, модельное представления отклика среды на базе ангармонического осциллятора, уравнения Максвелла для нелинейных сред. На базе вышеуказанных представлений рассмотрены эффекты самофокусировки, генерации второй гармоник, параметрическое преобразование частоты, вынужденное рассеяние Мандельштамма-Бриллюэна, комбинационное рассеяние.