(7 семестр, 36 часов)
1. Электромагнитные волны в среде. Уравнения Максвелла-Лоренца для точных значений электрического и магнитного поля. Учет атомной структуры вещества. Мультипольное разложение. Усреднение уравнений Максвелла-Лоренца. Формула для электрической поляризации среды. Связь между характеристиками среды и векторами поля; феноменологический и микроструктурный подходы.
2. Феноменологическая теория оптических восприимчивостей. Функциональная связь между поляризацией вещества и полем. Разложение функционала в ряд по степеням поля. Линейные и нелинейные функции отклика среды. Тензорный характер функций отклика. Временная и пространственная нелокальность отклика. Тензоры оптических восприимчивостей. Частотная и пространственная дисперсия. Тензор линейной восприимчивости. Соотношения Крамерса-Кронига. Нелинейные восприимчивости второго и третьего порядков. Основные нелинейные оптические эффекты. Свойства тензоров оптических восприимчивостей. Внутренняя симметрия. Пространственно-частотные перестановочные соотношения для тензоров нелинейных восприимчивостей. Соотношения Клейнмана. Внешняя симметрия. Влияние симметрии оптических сред на свойства оптических восприимчивостей.
3. Классические модели поляризации вещества. Модели гармонического и ангармонического осцилляторов. Линейная и нелинейная поляризация среды. Резонансное поведение восприимчивостей. Газ свободных электронов как модель для описания оптических свойств плазмы. Лоренцева нелинейность. Нелинейно-оптический отклик плазмы.
4. Метод матрицы плотности в теории взаимодействия излучения с веществом. Чистые и смешанные состояния квантовых систем. Уравнение фон Неймана для матрицы плотности. Учет взаимодействия квантовой системы с окружающей средой ("термостатом") и полем излучения. Матрица плотности, усредненная по состояниям "термостата". Смысл диагональных и недиагональных элементов матрицы плотности в энергетическом представлении. Упругие и неупругие процессы релаксации. Дифференциальные уравнения для усредненной матрицы плотности.
5. Двухуровневое приближение. Простейшие уравнения для матрицы плотности двухуровневой системы. Времена продольной и поперечной релаксации. Квазистационарное приближение в теории резонансных процессов. Вероятности вынужденных и спонтанных переходов. Нестационарное возбуждение. Виртуальные переходы.
6. Приближенные решения уравнений для матрицы плотности. Решение уравнений методом возмущений. Действие квазимонохроматических полей. Однофотонные и многофотонные квантовые переходы. Двухфотонное поглощение и испускание. Вынужденное и спонтанное комбинационное рассеяние света. Вероятности двухфотонных переходов.
7. Квантовый расчет отклика среды. Индуцированный полем дипольный момент атома. Тензор линейной поляризуемости атома. Нелинейные поляризуемости. Тензоры оптических восприимчивостей в электродипольном приближении. Трактовка нелинейного отклика среды в терминах многофотонных процессов. Время "памяти" в среде. Резонансные свойства восприимчивостей. Соотношения перестановочной симметрии для тензоров оптических восприимчивостей. Влияние симметрии среды. Сходимость ряда разложения поляризации по степеням поля.
8. Волновые уравнения в нелинейной оптике. Связанные волны в нелинейной оптике. Методмедленно меняющихся амплитуд. Уравнениядля связанных волнв приближении плоских волн и в первом приближении теории дисперсии.
9. Вынужденное комбинационное рассеяние (ВКР) и двухфотонное поглощение. Двухфотонный резонанс и резонансные восприимчивости. Поляризация среды на частотах падающих волн. Простейшие уравнения для взаимодействия волн. Пространственная эволюция волн при двухфотонном поглощении. Усиление стоксовых компонент при вынужденном комбинационном рассеянии. Параметрические процессы в условиях двухфотонного резонанса.
10.Другие механизмы оптической нелинейности. Ориентационная нелинейность.Спонтанное и в ынужденное рассеяние в крыле линии Рэлея. Электрострикционный механизм нелинейности. Спонтанное и вынужденное рассеяние Мандельштама-Бриллюэна. Температурные эффекты. Фоторефрактивная нелинейность.
& Литература
1. И.Р. Шен. Принципы нелинейной оптики. - М., 1989
2. П.А. Апанасевич. Основы теории взаимодействия света с веществом. - Минск, 1977
3. Д.Н. Клышко. Физические основы квантовой электроники. - М., 1986
4. С. Келих. Молекулярная нелинейная оптика. - М., 1981
5. С.А. Ахманов, Р.В. Хохлов. Проблемы нелинейной оптики. - М., 1964
6. Н. Бломберген. Нелинейная оптика. - М., 1966
7. М.Б. Виноградова, О.Б. Руденко, А.П. Сухоруков. Теория волн. - М., 1991
Программу составил
доцент К.Н.Драбович
Задачи по курсу
Теория оптических процессов в веществе
1. Получить уравнения для медленных амплитуд световых волн, распространяющихся в нелинейной среде: а) для плоских волн в первом приближении теории дисперсии; б) для монохроматических пучков; в) для импульсов во втором приближении теории дисперсии.
2. Используя феноменологический подход, получить соотношения перестановочной симметрии для тензоров 
и 
, ответственных за генерацию второй и третьей гармоник.
3. Найти ненулевые и независимые компоненты тензора нелинейной восприимчивости 
для кристаллов класса 
(т.е. 
2m) тетрагональной системы. Такие кристаллы имеют: 3 взаимно-перпендикулярных оси симметрии второго порядка x, y, z и две плоскости симметрии, проходящие через ось z и делящие пополам углы между осями x и y.
4. На однородную плазму падает линейно поляризованная электромагнитная волна с частотой w. Найти линейную и квадратичную поляризацию, индуцированную волной. Ограничиться вкладом свободных электронов, концентрация которых равна Ne.
5. Записать уравнения в плосковолновом приближении и первом приближении теории дисперсии для генерации второй гармоники в среде с квадратичной нелинейностью.
6. Записать уравнения в плосковолновом приближении и первом приближении теории дисперсии для генерации третьей гармоники в среде с кубичной нелинейностью.
7. Записать уравнения распространения плоских монохроматических волн в условиях двухфотонного резонанса 
. Решить уравнения при условиях:
а) 
, 
, 
,
б) 
, 
.
8. Решить задачу о взаимодействии накачки и стоксовой волны при ВКР, не используя приближение заданного поля. Групповые скорости волн равны между собой.