Развивая основные принципы квантовой электроники, заложенные А. Эйнштейном, лауреаты нобелевской премии Н.Г. Басов, А.М. Прохоров и Ч. Таунс теоретически предсказали возможность создания квантовых генераторов в оптическом диапазоне длин волн. Первый квантовый генератор оптического диапазона – лазер на рубине, излучающий на длине волны 694,3 нм, был создан Т. Мейманом в 1960 г.

Первый раздел книги начинается с обсуждения основных определений и понятий классической спектроскопии, таких как спонтанное и вынужденное излучение, поглощение, вероятности переходов между энергетическими уровнями.

Во втором разделе рассмотрены фундаментальные понятия и дано описание характеристик основных составляющих лазерного устройства, описывается принцип действия и устройство лазера, преимущественно для экспериментальной реализации оптических схем различных типов лазеров. Здесь более подробно рассмотрены оптический и электрический способы накачки, приведено краткое перечисление других способов накачки. Более подробную информацию о лазерах читатель может получить в источниках [1, 2, 3].

Одним из главных узлов лазерного устройства является пассивный оптический резонатор. Описание нескольких видов оптических резонаторов, таких, как плоскопараллельные конфокальные, сферические, неустойчивые, кольцевые резонаторы, которые все более широко входят в практику, дается в подразд. 2.3.

В третьем разделе более подробно обсуждаются основные свойства лазерного излучения, такие, как монохроматичность, расходимость, яркость, пространственная и временная когерентность, модовая структура лазерного излучения.

Четвертый раздел представляет собой краткое изложение режима работы лазеров. Здесь обсуждаются непрерывный и нестационарный режи-

мы работы лазера, при этом рассмотрены те способы модуляции добротности, которые важны при практическом применении лазеров.

В пятом разделе рассмотрены типы лазеров, представлено их многообразие и разнообразные принципы действия. Далее приводится краткое описание некоторых специфических типов лазеров, таких, как рентгеновские лазеры и лазеры на свободных электронах.

Краткий обзор преобразования частоты лазерного излучения с обсуждением некоторых вопросов нелинейной оптики дается в шестом разделе. Этим разделом заканчивается основное описание принципа действия и свойства лазерного излучения.

Особый интерес представляет вопрос о применении лазера в различных областях науки и техники, который обсуждается в седьмом разделе. После создания лазеров начинает бурно развиваться нелинейная оптика и лазерная спектроскопия, оптическая связь, военная техника, медицина, биология и целый ряд других наук.

Описание каждого раздела заканчивается типовыми задачами и примерами, которые иллюстрируют текст и могут подсказать другие возможные способы применения лазеров.

1. ОСНОВЫ ТЕОРИИ ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ ИЗЛУЧЕНИЯ

С АТОМНОЙ И МОЛЕКУЛЯРНОЙ СИСТЕМАМИ

Атомные и молекулярные среды играют важную роль для глубокого понимания физики лазеров, в особенности таких лазеров, как атомные и молекулярные газовые лазеры или лазеры на красителях. Для общности мы будем говорить об атомных системах, подразумевая под ними любые микроскопические системы – атомы, молекулы, конденсированные макроскопические системы и т. д.

Этот раздел содержит основы теории поглощения и испускания электромагнитных волн при их взаимодействии с веществом.

Для того чтобы разъяснить механизм усиления электромагнитных волн, лежащий в основе физики лазеров, рассмотрим понятия поглощения, спонтанного и вынужденного излучения, а затем определение вероятностей переходов между энергетическими уровнями, коэффициенты Эйнштейна и связи между ними. Для лучшего понимания некоторых оптических явлений изложение материала приведено на моделях классической электродинамики.

1.1. Энергетические уровни

Согласно современному представлению, полная энергия атомных систем представляет собой сумму следующих составляющих: 1) электронной энергии E e , обусловленной движением электронов вокруг ядер; 2) колебательной энергии E v , связанной с колебанием ядер; 3) вращательной энергии E r , обусловленной вращением атомной системы [4].

Квантовые представления атомных систем впервые были сформулированы Нильсом Бором в 1913 г. в двух постулатах.

Первый постулат – атомная система является устойчивой лишь в определенных, стационарных энергетических состояниях, соответствующих некоторой дискретной (прерывной) или непрерывной последовательности значений энергии Е системы. Любое изменение этой энергии связано со

скачкообразным переходом системы из одного стационарного состояния в другое.

В соответствии с законом сохранения энергии переходы атомной системы из одного стационарного состояния в другое связаны с получением или отдачей энергии системой.

Второй постулат – электромагнитное излучение, связанное с переходом атомной системы из стационарного состояния с энергией E j в стационарное состояние с энергией E l , является монохроматическим, и его частота ? определяется соотношением

где h – постоянная Планка.

Электромагнитное излучение при этом поглощается (если E l > E j ) или испускается (если E l E j ) определенными порциями h ? – квантами излучения. В световом диапазоне кванты можно рассматривать как фотоны.

Закон (1.1) часто называют правилом частот Бора . Это закон сохранения энергии для микроскопических процессов, связанных с излучением.

По аналогии между энергиями стационарных состояний и потенциальной энергией тела, поднятого на различные высоты (не различные уровни), на рис. 1.1 изображена простейшая диаграмма уровней энергии, образующих дискретную последовательность.

Лазерная физика пособие

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ОПТИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ
им. С.И. Вавилова

Главная
Государственному оптическому институту — 90 лет
Институт лазерной физики НПК «ГОИ им. С.И. Вавилова»
Космический пунктир
Приборостроение в ГОИ им. С.И. Вавилова
Вычислительная оптика в ГОИ
Опытное производство ГОИ
Из ГОИ родом: НИИКИ вчера и сегодня
Из ГОИ родом: От ЛенЗОСа до НИТИОМа
61-е Чтения имени академика Д. С. Рождественского
Из книги М. М. Мирошникова
Памятные даты 2008 года
Новые книги
Карта сайта

ВНИМАНИЕ.
ВЫ ПРОСМАТРИВАЕТЕ СТАРУЮ ВЕРСИЮ САЙТА НПК ГОИ. НОВАЯ ВЕРСИЯ ПО АДРЕСУ: http://www.npkgoi.ru

ИНСТИТУТ ЛАЗЕРНОЙ ФИЗИКИ
НПК «ГОИ ИМ. СИ. ВАВИЛОВА»

Формирование коллектива Института лазерной физики ФГУП НПК «ГОИ им. СИ. Вавилова» (в дальнейшем для краткости ИЛФ) началось в 60-х годах прошлого столетия в стенах ГОИ им. СИ. Вавилова. В соответствии с прикладными задачами, стоявшими перед коллективом в те годы, основные направления научных работ были связаны прежде всего с требованием реализации малой расходимо­сти и высокой стабильности лазерного излучения. Эти направления и сегодня являются основными в теоретических и экспериментальных исследованиях, проводимых коллективом, однако существенным и принципиальным образом расширились методы и объекты исследований, возникли принципиально новые области приложений.

На разных этапах работы коллектив проводил исследования по следующим направлениям:

  • термические возмущения в лазерах, в том числе в активных средах;
  • компенсация различного рода оптических возмущений в лазерах, причем, начиная с 70-х годов, особое внимание уделялось нелинейно-оптическим методам компенсации;
  • динамика излучения твердотельных лазеров, начиная с проблемы «пичковости» излучения и кончая проблемами амплитудной и частотной стабилизации лазерного излучения;
  • модовый состав излучения, конкуренция мод в резонаторе лазера;
  • оптические резонаторы, включая неустойчивые типы резонаторов;
  • высокочувствительные лазерные измерения;
  • проблемы повышения энергетической эффективности лазеров, включая поиск эффективных активных сред, систем и источников накачки;
  • нелинейно-оптические методы управления характеристиками лазерного излучения (направленность, длительность, спектральный состав);
  • создание мощных лазеров с предельно малой расходимостью излучения и возможностью управления диаграммой излучения, формой и длительностью импульсов, возможностью преобразования спектра излучения в коротковолновую область, включая рентгеновскую.
  • По ряду перечисленных направлений работы коллектива определяли мировой уровень или соответствовали ему. Этим обусловлен достаточно вы­сокий международный авторитет ИЛФ.

    Работам коллектива ИЛФ присущи следующие особенности:

  • сочетание глубоких теоретических и экспериментальных исследований с прикладными работами, в которых реализуются результаты исследований;
  • широкое использование методов нелинейной и когерентной оптики для управления характеристиками излучения, разработка и широкое использование высокоэффективных обращающих зеркал и методов нелинейно-оптической компрессии лазерных импульсов. По этим разработкам коллектив ИЛФ является одним из мировых лидеров и достаточно широко востребован как в России, так и за рубежом.
  • В 1970-1990 гг. в ГОИ был создан ряд уникальных лазеров и систем на их основе. Под научным руководством сотрудников института промышленностью было освоено большое число лазерных систем, более двух десятков из них было принято на вооружение армии.

    За прошедшие годы сотрудниками ИЛФ, помимо сотен научных статей, опубликован ряд монографий по актуальным проблемам лазерной физики и техники:

    1. Мезенов А.В., Сомс Л.Н., Степанов А.И. Термооптика твердотельных лазеров. Л.: Машиностроение, 1986.

    2. Мак А.А., Соме Л.Н., Фромзель В.А., Яшин В.Е. Лазе­ры на неодимовом стекле. М.: Наука, 1990.

    3. Мак А.А., Соловьев Н.А. Введение в физику высокотемпературной лазерной плазмы. Л.: Изд-во ЛГУ, 1991.152 с.

    4. Розанов Н.Н. Оптическая бистабильность и гистерезис в распределенных нелинейных системах. М.: Наука. Физматлит, 1997. 336 с.

    5. Andreev A.A., Мак А. A., Solovyev N.A. An Introduction to Hot Laser Plasma Physics. NY: Nova Science Publishers, Inc., 2000. 163 p.

    6. Rosanov NN. Spatial Hysteresis and Optical Patterns. Berlin: Springer, 2002. 308 p.

    7. Andreev A.A. Generation and Application of Ultrahigh Laser Fields. Nova Science Publishers, Inc., 2002. 276 p.

    8. Волосов В.Д. Специальные вопросы нелинейной оптики: Учеб. пособие. Л.: Изд-во ЛПИ, 1986. 48 с.

    9. Розанов Н.Н. Пространственные эффекты в бистабильных оптических системах // Новые физические прин­ципы оптической обработки информации. М.: Наука, 1990. С. 230-262.

    10. Розанов Н.Н. Оптическое излучение в линейных и нелинейных периодических структурах // Оптика наноструктур. СПб.: Недра, 2005. С. 49-106.

    11. Rosanov N.N. Solitons in systems with saturable absorption. In Dissipative solitons // Lecture Notes in Physics. V. 661. Berlin: Springer, 2005. P. 101-130.

    12. Rosanov N.N, Fedorov S.V., Shatsev A.N. Dissipative Solitons in Laser Systems with Non-local and Non-Instantaneous Nonlinearity. In Dissipative solitons: From Optics to Biology and Medicine // Lecture Notes in Physics. V. 751. Berlin: Springer, 2008. P. 93-111.

    13. Розанов Н.Н. Автосолитон // M.: Большая Российская энциклопедия, 2005. С. 171.

    Результаты работ Института лазерной физики за последние годы

    В 1993 году лазерное подразделение ГОИ было преобразовано в НИИ лазерной физики (ИЛФ), основные научные кадры которого и сегодня составляют ядро Института лазерной физики ФГУП «НПК «ГОИ им. СИ. Вавилова». В их числе ученые с мировым именем: профессора И.М. Белоусова, Н.Н. Розанов, В.А. Серебряков, О.Б. Данилов, В.В. Любимов, большое число способной молодежи. За последние 5 лет защитили докторские диссертации А.И. Сидоров, Ю.В. Рождественский; кандидатские диссерта­ции – О.В. Кравценюк, А.И. Жук, Н.Г. Гоголева.

    С 1996 года коллектив ИЛФ неизменно является победителем конкурсов на звание ведущей на­учной школы России и получает гранты Президента РФ для государственной поддержки ведущих научных школ.

    За последние годы сотрудники ИЛФ получили много грантов РФФИ, Международного научно-технического центра (МНТЦ), CRDF (Фонда гражданских исследований и разработок).

    Сотрудники ИЛФ за последние 15 лет более 10 раз читали лекции на Чтениях им. Д.С. Рождественского, неоднократно удостаивались Почетных медалей различных научных обществ и академий (Д.С. Рождественского, А.А. Лебедева, М.В. Келдыша, Ю.И. Островского и др.).

    Сегодня наш коллектив активно работает в следующих областях:

  • твердотельные лазеры (мощные лазеры с полупроводниковой накачкой, лазеры безопасного для глаз диапазона длин волн 1,5-3 мкм для информационных систем, высокостабильные низкошумящие лазеры, мощные короткоимпульсные лазеры);
  • газовые лазеры, в том числе фуллерен-кислород-йодные лазеры с оптической накачкой, пред­ложенные, запатентованные и реализованные сотрудниками ИЛФ;
  • динамическая коррекция аберраций в твердотельных лазерах и оптических системах на их основе;
  • доставка лазерного излучения (угловая расходимость, высокоточное наведение и сопровождение, формирующая оптика, фазирование лазеров, распространение мощного излучения в атмосфере);
  • взаимодействие мощного лазерного излучения с веществом (нелинейные процессы, процессы в лазерной плазме);
  • теория бистабильных систем (солитоноподобные структуры и их возможные приложения);
  • прикладные работы в области обороны, медицины, технологии, томографии, связи.

Коллективу ИЛФ в сложное время перестройки удалось сохранить и развить научно-технический потенциал. Результаты исследований и разработок, проводимых в последние годы, послужили основой создания при ИЛФ высокотехнологичного производства, обеспечивающего в ряде случаев создание малых серий образцов лазеров, соответствующих и зачастую превосходящих лучшие зарубежные аналоги. Эти приборы находят хороший спрос как в России, так и в высокоразвитых зарубежных странах.

Среди результатов последних лет можно отметить следующие:

  • разработка методов генерации ультракоротких импульсов в лазерных системах с компрессией импульсов для создания сверхвысоких световых полей и создание пикосекундных лазеров мощностью до 10 ТВт, способных концентрировать на мишени излучение с интенсивностью до 10 19 Вт/см 2 . Эти мощные лазеры позволяют получать рентгеновское излучение с интенсивностью до 10 15 Вт/см 2 ;
  • разработка типоряда твердотельных лазеров зеленого диапазона длин волн с лазерной диодной накачкой и мощностью до 5 Вт, в том числе для под водного мониторинга;
  • создание (совместно с Международным бюро стандартов) малогабаритного вторичного лазерного стандарта частоты излучения на основе Nd: YAG-лазера и йодной ячейки поглощения, обеспечивающих относительную стабильность частоты на уровне 10 -10 — 10 –12 и перспективного для использования в высокочастотной интерферометрии и нанометрии;
  • развитие техники и технологии устройств для нелинейной коррекции аберраций в лазерных и оптических элементах в широком спектральном интервале, позволяющих реализовать близкую к дифракционной расходимость излучения мощных лазеров, создавать облегченные оптические системы для решения различных задач, в том числе для мониторинга окружающего пространства, систем доставки лазерного излучения в космосе и в турбулентной атмосфере;
  • создание нового поколения лазеров безопасного для глаз спектрального диапазона излучения, в том числе двухволновых лазеров (разработан и испытан в широком диапазоне изменений условий эксплуатации компактный лазер на эрбиевом стекле для различных приборов, его характеристики соответствуют международным стандартам;
  • реализация перспективных мощных лазеров с диодной накачкой с мощностью излучения более1 кВт и расходимостью, близкой к дифракционной (не более 1,3 ? д);
  • разработка мощных щелевых СО2-лазеров с высокочастотной накачкой со средней мощностью излучения более 2 кВт и расходимостью пучка, близкой к дифракционной;
  • создание оптических ограничителей лазерного излучения видимого, ближнего и среднего ИК диапазонов. Для видимого и ближнего ИК диапазонов созданы нелинейно-оптические устройства на основе фуллеренсодержащих и полупроводниковых сред с быстродействием от 10 -12 с и большим динамическим диапазоном.
  • Большое внимание уделяется подготовке молодых научных кадров. При ИЛФ создан филиал кафедры квантовой электроники СПбГУ ИТМО. Ве­дущие сотрудники ИЛФ читают лекции в СПбГУ, СПбГПУ, СПбГЭТУ, готовят молодых специалистов, в том числе и для своего института. В данный момент в ИЛФ работают 7 аспирантов. Около одной четверти коллектива составляют сотрудники моложе 35 лет. Можно отметить ряд молодых сотрудников института — В.М. Волкова, О.В. Кравценюк, Д.И. Жука, О.П. Михееву, И.М. Кислякова, С.В. Кащеева, которые за короткое время успешно вошли в коллектив, являются соавторами научных статей, выступают на российских и международных конференциях.

    За последние 7 лет члены коллектива ИЛФ удостоены 4-х премий правительства РФ, Почетного звания «Заслуженный деятель науки Российской Федерации» (проф. И.М. Белоусова), 3-х Почетных грамот Минпромэнерго России (И.М. Белоусова, Ан.А. Мак, А.А. Суханов). Президиум РАН присудил премию им. Д.С. Рождественского 2007 года проф. Н.Н. Розанову, а проф. А.А. Мак за разработку и создание новой специальной техники награж­ден орденами «За заслуги перед Отечеством» чет­вертой и третьей степени.

    Начиная с 1977 года, коллектив ИЛФ организует и проводит в Санкт-Петербурге международные конференции «Оптика лазеров», ставшие в настоящее время одним из крупнейших мировых форумов ученых и специалистов, занятых разработкой, изготовлением и применением лазеров и лазерных систем.

    Заканчивая этот короткий обзор работ коллектива Института лазерной физики, хочу пожелать всем сотрудникам ГОИ им. СИ. Вавилова, особенно молодым, творческих успехов, научной смелости и активности в наше непростое для российской науки время.

    Лазерная физика: 33 книги — скачать в fb2, txt на андроид или читать онлайн

    Лазерные методы дистанционного обнаружения химических соединений на поверхности тел

    В монографии рассмотрены основные методы лазерной спектроскопии, используемые для дистанционного обнаружения и идентификации на поверхности тел следов взрывчатых веществ (ВВ), отравляющих (ОВ), наркотических (НВ) и токсичных веществ промышленного происхождения.

    Обсуждаются достоинства и недостатки каждого из методов, приводятся их сравнительные характеристики. Особое внимание уделено рассмотрению перспектив развития и практической реализации рассматриваемых технологий, а также обоснованию наиболее предпочтительных областей их применения.

    Проводится анализ проблем, которые еще требуют своего решения для практической реализации дистанционных методов детектирования следов сложных химических соединений на поверхности тел. Книга рассчитана на широкий круг специалистов, работающих в области спектроскопии, лазерной физики, химии и связанных с разработкой информационно-измерительных комплексов, предназначенных для химического анализа поверхности удаленных объектов, а также может быть полезна преподавателям, аспирантам и студентам старших курсов соответствующих специальностей.

    В книге изложены основные методы анализа лазерных резонаторов – матричный, метод интегрального уравнения, геометро-оптический метод. Большое внимание уделено методам практического построения схем резонаторов, обеспечивающих те или иные специальные свойства лазерного излучения – мощность, малую расходимость, стабильность и проч.

    с учетом специфики активной среды, режима работы лазера. Рассмотрено большое количество практически важных примеров. Материал книги основан на курсах лекций, читавшихся и читаемых авторами в МГУ и МФТИ. Он вполне доступен студентам старших курсов технических вузов и предназначен в первую очередь лицам, специализирующимся в области лазерной физики и техники.

    Взаимодействие лазерного излучения с веществом

    Книга посвящена рассмотрению тепловой модели воздействия лазерного излучения на конденсированные среды. Описаны механизмы поглощения и диссипации энергии света в металлах и полупроводниках. Рассмотрена роль поверхностных электромагнитных волн оптического диапазона, процессы нагревания вещества лазерным излучением в линейных и нелинейных режимах, а также нетермические эффекты, сопровождающие лазерный нагрев.

    Детально рассмотрены механизмы лазерного разрушения поглощающих материалов. Изложены математические модели лазерного испарения для различных условий и сред. Тепловая модель распространена на оптический пробой прозрачных сред; рассмотрены механизмы пробоя газов и идеальных прозрачных твердых тел, тепловой неустойчивости на поглощающих неоднородностях, а также статистическая концепция оптического пробоя.

    Для научных работников, студентов и аспирантов, специализирующихся в области лазерной техники и технологии. Рекомендовано УМО по образованию в области приборостроения и оптотехники в качестве учебного пособия для студентов высших учебных заведений, обучающихся по специальности 200201 «Лазерная техника и лазерные технологии».

    В оформлении обложки использован рисунок Леонардо да Винчи.

    Практика прецизионной лазерной обработки

    Книга посвящена рассмотрению практики прецизионной лазерной обработки и основана на результатах авторских работ, полученных в ЭНИМС в период 1963—1993 гг. и в НПЦ «Лазеры и аппаратура ТМ» в период 1998—2012 гг. , а также на анализе многочисленных работ отечественных и зарубежных исследователей, опубликованных в открытых источниках.

    В книге дано определение понятия лазерной прецизионной обработки и представлен обзор основных областей ее применений. Изучены закономерности лазерного сверления, резания, фрезерования и разделения материала импульсами лазерного излучения с длительностью от единиц миллисекунд до сотен фемтосекунд.

    Рассмотрены процессы формирования отверстия при лазерном сверлении во времени, влияние на форму отверстия частоты следования импульсов, экранирование излучения на продуктах абляции, образование полей термонапряжений в зоне обработки, приводящих к трещинообразованию.

    Проведена классификация процесса лазерного резания материалов, сформулированы и объяснены основные закономерности этого процесса. Приведены экспериментально установленные режимы оптимального резания различных материалов с использованием различных типов импульсных и непрерывных лазеров, позволяющие обеспечить требования, предъявляемые к прецизионной и высококачественной обработке.

    Рассмотрена и объяснена методика подбора таких режимов. Проанализировано, в каких случаях целесообразно использовать лазерное фрезерование и каким образом оно должно проводиться. Приведены практические примеры лазерного фрезерования. Рассмотрены перспективы и возможности технологии разделения полупроводниковых и диэлектрических материалов за счет использования механизмов лазерного термораскалывания и формирования в материале внутренних зон разрушения.

    В заключительном разделе книги приведены технические данные и особенности конструкции различных типов отечественных технологических установок для прецизионной обработки, которые разработаны и производятся НПЦ «Лазеры и аппаратура ТМ». Книга рассчитана на специалистов научно-исследовательских, технологических и производственных подразделений промышленных предприятий, использующих лазерные технологии.

    Она будет полезной также для студентов и аспирантов, изучающих процессы лазерной обработки.

    Цель книги – дать углубленное понимание свойств лазерного излучения, условий его возникновения и взаимодействия его с веществом. В целом эту проблематику можно характеризовать словами «лазерная электродинамика». В предлагаемой книге рассмотрены две основные темы – элементарные излучательные процессы, связанные с начальными этапами возникновения лазерного излучения, и коллективные явления, связанные с формированием когерентности, а также с генерацией различных макроскопических квантовых состояний излучения.

    Рассмотрены также некоторые вопросы, связанные с появлением высококогерентного лазерного излучения, – детектирование слабых сигналов, движение макроскопических тел, дробные заряды и фотоны и др. Книга может быть полезна для специалистов в области лазерной физики, а также для студентов и аспирантов, ориентированных на лазерную физику и близкие вопросы.

    Издание осуществлено при поддержке Российского фонда фундаментальных исследований по проекту 05-02-30011д.

    Когерентная и нелинейная оптика фотонных кристаллов

    Книга посвящена описанию когерентных нелинейных оптических явлений, возникающих при взаимодействии интенсивных лазерных импульсов с пространственно периодической резонансной средой, или резонансным фотонным кристаллом. Изложена теория нелинейной динамической брэгговской дифракции, рассмотрена динамика формирования, распространения и взаимодействия точных и возмущенных брэгговских солитонов в таких структурах.

    Подробно также описаны различные механизмы повышения эффективности трехволнового параметрического взаимодействия в фотонных кристаллах с квадратичной нелинейностью. Книга будет полезна физикам-теоретикам и экспериментаторам, работающим в области нелинейной оптики и лазерной физики, а также преподавателям, аспирантам и студентам при изучении этих дисциплин.

    Сверхкороткие импульсы и методы нелинейной оптики

    Сверхкороткие импульсы электромагнитного излучения, формируемые лазерными источниками, представляют собой интересный физический объект и являются уникальным инструментом для исследования быстропротекающих процессов в физике, химии и биологии. Фемтосекундные лазерные импульсы впервые позволили наблюдать в реальном времени динамику быстропротекающих элементарных молекулярных процессов и получить мгновенные снимки молекул и групп атомов на различных стадиях химических реакций.

    Для изучения динамики электронной системы внутри атомов, однако, требуются импульсы с длительностью короче одной фемтосекунды – аттосекундные импульсы. Генерация таких импульсов стала возможной на основе нелинейно-оптических взаимодействий высокоинтенсивных сверхкоротких лазерных импульсов лишь в начале XXI века.

    Анализ новых тенденций в развитии методов нелинейной оптики и спектроскопии, связанных со стремительным прогрессом в области генерации и усиления сверхкоротких импульсов, составляет предмет настоящей книги. Для специалистов, исследователей, инженеров, студентов и аспирантов, работающих и специализирующихся в области оптики и лазерной физики, лиц с общим физическим образованием, интересующихся вопросами нелинейной оптики.

    Издание осуществлено при поддержке Российского фонда фундаментальных исследований по проекту 05-02-30035д.

    Трехмерная лазерная модификация объемных светочувствительных материалов

    Объектами исследования в настоящей монографии являются объемные фазовые голограммы, в том числе с наложенной записью, фотонно-кристаллические решетки, неоднородные объемные голограммы, свойственные «проблемным» средам, фазовые микрорешетки с дискретно изменяемой фазой и трехмерные матрицы таких микрорешеток.

    Опытным путем подтверждена возможность записи однородных микро- и макрорешеток во всем объеме фотополимерных материалов и кристаллов ниобата и танталата лития. Представлены физические основы и экспериментальные методы трехмерной лазерной модификации фоторефрактивных сред в режимах линейного и нелинейного (двухфотонного, двухступенчатого) поглощения.

    Рассмотрены методы синтеза толстых фотополимерных материалов с фотоиндуцированным изменением показателя преломления и полимерно-жидкокристаллических композитов. Предложены томографические лазерные методы послойного исследования внутренних физических свойств объемных сред.

    Монография предназначена для научных работников, инженеров и аспирантов, специализирующихся в области оптической объемной голографии и ее приложений, а также для студентов университетов физико-технического профиля.

    Методы и оптико-электронные приборы для автоматического контроля подлинности защитных голограмм

    Данная книга обобщила оригинальные научно-технические результаты в области разработки и создания оптико-электронных средств идентификации и контроля подлинности защитных голограмм, полученные автором в рамках выполнения прикладных исследований, проводимых в рамках целевых программ Министерства образования и науки РФ, по заданиям государственных и коммерческих организаций.

    Книга открывает перспективы для дальнейших исследований в области применения, проектирования и исследования оптико-электронных и лазерных систем автоматического контроля подлинности документов с нанесенными на них защитными голограммами. Издание будет полезно как для ученых и специалистов, работающих в сфере голографических технологий, защиты от подделки и контроля подлинности документов, ценных бумаг, денежных знаков и другой продукции, так и для студентов и молодых специалистов, обучающихся и желающих работать в данной области науки и техники.

    Основы фемтосекундной оптики

    В книге рассмотрены современные теоретические методы фемтосекундной оптики, излагаются физические принципы функционирования фемтосекундных лазеров с длительностью импульсов излучения порядка 10[-13]–10[-14] секунды, а также применения таких лазеров для изучения быстропротекающих и случайных процессов в аморфных средах при высоких температурах, для поиска перспективных носителей информации оптических процессоров и хладагентов твердотельных оптических рефрижераторов, для использования фемтосекундных импульсов в устройствах квантового счета.

    Значительное место уделяется основам фемтосекундной эхо-спектроскопии неупорядоченных молекулярных твердотельных сред. Для специалистов в области когерентной и квантовой оптики. Может служить учебным пособием для чтения лекций по одноименному курсу студентам, магистрантам и аспирантам физических факультетов государственных университетов и технических вузов, специализирующихся в подготовке специалистов по современным лазерным и информационным технологиям.

    Редукция моделей и критические явления в макрокинетике

    Монография посвящена изложению методов исследования задач макроскопической кинетики, основанных на геометрической теории сингулярных возмущений. Математический аппарат, излагаемый в книге, используется для развития с единых позиций основополагающих идей Н.

    Н. Семенова, относящихся к методу квазистационарных концентраций и методов теории теплового воспламенения и применяется к исследованию конкретных нелинейных задач химической кинетики, биофизики, лазерной физики. Книга не требует глубокой математической подготовки – необходимые сведения приведены в основном в виде готовых рецептов.

    Книга рассчитана на студентов, аспирантов, преподавателей, научных работников и инженеров, для которых проблемы упрощения моделей, определения критических режимов и безопасности реакционных систем представляют научный или производственный интерес.

    Линейные и нелинейные волны в диспергирующих сплошных средах

    Авторы разработали методы эволюционного и модуляционных уравнений для исследований распространения и устойчивости линейных и нелинейных волн в сплошных средах со сложной структурой. Рассматриваются среды: твердая с полостями, дисперсная предварительно деформированная, твердая с порами, заполненными электропроводящей и неэлектропроводящей жидкостью, магнитоупругая, пьезополупроводники, кристаллы с дислокациями, композиты с включениями, электропроводящая несимметричная жидкость, смесь газа с капельной жидкостью.

    Рассмотрено распространение лазерного луча через двухуровневую среду. Показано существование солитонообразных волн, найдены условия устойчивости волн. Изучены пучки, условия их фокусирования, самофокусирования (дефокусирования), условия модуляции или самомодуляции волн, другие эффекты.

    Рассмотрены резонаторы и интерферометры различных типов. В линейной постановке исследовано отражение волны от шероховатой поверхности. Для научных и инженерно-технических работников, студентов и аспирантов, специализирующихся в области механики сплошных сред, физической акустики, физики конденсированного состояния.

    Отдельные главы могут оказаться полезными сейсмологам, геофизикам, метеорологам и специалистам по физике Земли, сейсмостойкому строительству, акустоэлектронике.

    Особенности охлаждения оптических компонентов в лазерных излучателях

    Рассмотрены физико-технические основы лазерных систем охлаждения и особенности их практической реализации. Для студентов МГТУ им. Н. Э. Баумана, изучающих проектирование лазерных приборов и систем.

    Спектры и динамика оптических переходов редкоземельных ионов в кристаллах

    Монография посвящена фундаментальным и прикладным аспектам спектроскопии редкоземельных ионов в кристаллических матрицах различного строения. Глубоко и вместе с тем вполне доходчиво изложен весь спектр современных знаний и представлений, касающихся физики процессов, протекающих в возбужденном состоянии редкоземельных ионов.

    Для научных работников, занимающихся лазерной спектроскопией кристаллов, а также аспирантов и студентов старших курсов соответствующих специальностей.

    Динамика сложных квантовых систем

    В данной монографии автор объединил большое число сходных задач, встречающихся в различных областях современной квантовой физики и обладающих общими особенностями при рассмотрении многоуровневых квантовых систем. Он рассматривает с единой точки зрения множество разнообразых моделей и подходов, развитых в атомной, молекулярной, химической, лазерной, ядерной физике, а также в физике конденсированного состояния.

    В основу книги легли лекции, которые автор прочитал в Московском физико-техническом институте и в лаборатории Aime Cotton в CNRS (Национальный центр научных исследований, Франция). Также в книгу вошли оригинальные результаты, полученные в результате работы автора в различных научных центрах по всему миру.

    Автор приводит многочисленные примеры аналитически разрешимых проблем и использует для их решения подход на основе концепции статистического среднего по ансамблю, определяющего небольшое число основных свойств квантовых систем, а также фундаментальные идеи теории групп.

    Книга рассчитана на аспирантов и физиков-теоретиков, специализирующихся на современных проблемах квантовой механики.

    Лазерная инженерия хрящей

    В книге впервые дан обзор результатов междисциплинарных исследований процессов релаксации напряжений и регенерации хрящевой ткани под действием лазерного излучения, которые привели к созданию принципиально новых медицинских технологий и оборудования для лечения деформированных и поврежденных хрящей путем неразрушающего лазерного воздействия на структуру и поле механических напряжений в биологических тканях.

    Книга предназначена широкому кругу различных специалистов: ученым – физикам, химикам, биологам, – занимающимся фундаментальными процессами лазерного воздействия на биологические системы и разрабатывающим новые методы в биологии и медицине; врачам – отоларингологам, пластическим хирургам, косметологам, ортопедам, спинальным хирургам, – использующим или планирующим применять новые малоинвазивные технологии для лечения хрящей; инженерам, работающим в области лазерной медицинской техники и технологии.

    Рассматривается новый экспериментальный метод измерения температуры нагретых объектов по непрерывному спектру теплового излучения, регистрируемому в широком интервале длин волн (например, от 200 до 1000 нм). Обсуждаются преимущества спектральной пирометрии перед традиционными методами яркостной и цветовой пирометрии.

    Обсуждаются экспериментальные условия применения метода в физике высоких давлений и геофизике, физике горения и взрыва, акустике, физике плазмы и лазерной физике, в нанотехнологиях. Рассматриваются измерительные характеристики, источники систематических ошибок, нерешенные вопросы спектральной пирометрии.

    Книга адресована специалистам в области термометрии, газодинамики, физики горения и взрыва, физики и технологии лазерных, плазменных и радиационных воздействий на материалы, высокотемпературного синтеза новых материалов, студентам и аспирантам специальностей, связанных с термометрией.

    Спектроскопия низкотемпературной плазмы

    Описаны возможности и современное состояние исследований низкотемпературной плазмы методами классической и лазерной спектроскопии. Рассматриваются вопросы физической интерпретации результатов применения методов эмиссии, абсорбции, рефракции и рассеяния света к термически неравновесной плазме, их связям с микроскопическими и макроскопическими плазменными параметрами.

    Значительное внимание уделяется исследованиям плазмы по электронным и колебательно-вращательным спектрам простых молекул в отсутствие равновесия различных степеней свободы. Обсуждаются методы определения химического состава, энергобаланса, парциальных температур нейтрального и заряженного компонентов, электрических и магнитных полей в плазме.

    Книга ориентирована, главным образом, на практические аспекты и содержит справочные данные, полезные экспериментатору, включая атомно-молекулярные константы, спектры излучения молекул в плазме. Для специалистов-экспериментаторов, работающих в области физики и химии низкотемпературной плазмы, газовых лазеров, а также для аспирантов и студентов старших курсов физических специальностей высших учебных заведений.

    Физика твердого тела

    Подробно изложены основы современной физики твердого тела. Большое внимание уделено описанию и формированию структуры твердых кристаллических и аморфных тел, дефектов строения твердых тел, спектров энергетических состояний в твердых телах, а также тепловым, электрическим, магнитным, оптическим свойствам твердых тел и вопросам сверхпроводимости.

    Кратко изложены основные физические методы исследования, используемые в физике твердого тела. Рассмотрено применение изучаемых явлений в устройствах современной техники, например в устройствах магнитной записи, в магнитострикционных преобразователях, различных устройствах на основе полупроводниковых p–n-переходов: свето- и лазерных диодах, полупроводниковых генераторах напряжения, транзисторах и др.

    Содержание учебного пособия соответствует курсу лекций, который автор читает в МГТУ им. Н. Э. Баумана и ЕГУ им. И. А. Бунина. Для студентов технических университетов и вузов.

    Физика: колебания и волны. Лабораторный практикум 2-е изд., испр. и доп. Учебное пособие для СПО

    В учебном пособии представлены лабораторные работы по темам: вынужденные колебания, колебания груза на пружине, волны в упругой среде, измерение длины звуковой волны и скорости звука, стоячие звуковые волны в трубе, электромагнитные волны, измерение показателя преломления, линзы, изучение поляризации электромагнитных волн, интерференция лазерного излучения на двойной щели, кольца Ньютона, измерение длины световой волны, законы синтеза цветов и другим.

    Физика: колебания и волны. Лабораторный практикум 2-е изд., испр. и доп. Учебное пособие для приклад

    К каждой лабораторной работе даны рекомендуемая литература, краткое описание теории, контрольные вопросы. Подробно описаны теория колебательных и волновых процессов и методика эксперимента. Даны общие рекомендации по обработке результатов измерений.

    Резание металлов излучением мощных волоконных лазеров

    Первый раздел книги посвящен расширенному рассмотрению определяющих результатов процесса лазерного резания физических закономерностей. К таковым относятся: зависимость коэффициента отражения металлов от температуры их нагрева; прохождение ассистирующего газа по фронту реза и его влияние на удаление образующейся на поверхности фронта жидкой фазы; необходимость ограничения максимально возможной величины скорости резания; оптимизация ширины реза на его входе; более эффективный способ локализации излучения; согласование фокусных расстояний фокусирующего объектива и коллиматора лазера; влияние на показатели резания тепловых деформаций.

    В двух других разделах книги приводятся установленные анализом результатов проведенных в НПЦ «Лазеры и аппаратура ТМ» в период 2005—2019 гг. экспериментальных исследований закономерности лазерного резания металлов, наиболее часто используемых отечественной промышленностью.

    Таковыми являются конструкционная сталь, резание которой проводится в зависимости от ее толщины в среде сжатого воздуха или кислорода, нержавеющие стали и сплавы алюминия различных марок, резание которых необходимо проводить в среде нейтральных газов, а также ряд других металлов, необходимых для изготовления изделий различного назначения.

    На основании вышеотмеченного и анализа опубликованных данных двух ведущих зарубежных фирм, успешно работающих в области лазерного резания, стало возможно сформулировать условия его проведения, позволяющие реализовать как повышенные качественные результаты данного процесса, так и его производительность и экспериментально подтвердить их.

    Оптическое и лазерно-химическое разделение изотопов в атомарных парах

    В книге представлены материалы, посвященные описанию современных методов разделения изотопов, основанных на оптическом воздействии и, прежде всего, на многофотонных когерентных взаимодействиях и быстрых реакциях с селективно возбужденными атомами. Обобщены результаты теоретических и экспериментальных исследований по лазерному разделению изотопов некоторых важных с научной и практической точек зрения элементов (Pb, Zn, Rb, B, Si, Tl), которые могут быть использованы в фундаментальных исследованиях, при создании квантовых компьютеров, в микроэлектронной, атомной и биомедицинской промышленности.

    В книге также уделено внимание физико-техническим и химическим аспектам разделения изотопов. Книга предназначена научным сотрудникам, инженерам, аспирантам и студентам, интересующимся данной темой.

    Метаматериалы и структурно организованные среды для оптоэлектроники, СВЧ-техники и нанофотоники

    Монография посвящена исследованиям микро- и нанокомпозитных сред, уникальные свойства которых определяются спецификой их мезоскопического структурного упорядочения. Представлены результаты работы коллектива авторов в рамках интеграционного проекта СО РАН в 2009–2011 гг.

    Объектами теоретических и экспериментальных исследований являлись различные структурно организованные среды (метаматериалы, мультислойные структуры, опалы, композитные пленки и наноколлоиды, микрополосковые структуры), технологии их формирования, методы управления магнитными, оптическими и диэлектрическими свойствами.

    Книга предназначена специалистам по оптике и спектроскопии конденсированных сред, лазерной физике, оптоэлектронике, спинтронике, нанофотонике, материаловедению, СВЧ-технике, а также преподавателям, аспирантам и студентам соответствующих специальностей.

    Физические основы лазерной резки толстых листовых материалов

    В монографии представлены обобщенные результаты теоретических и экспериментальных исследований взаимодействия лазерного излучения с металлами при лазерной резке листовых материалов. Внимание уделено построению физико-математических моделей с учетом многообразия теплофизических процессов, главными из которых являются нагрев, плавление и удаление продуктов газовой струей.

    Предложена вычислительная технология моделирования пространственных струйных течений рабочего газа, имеющих место при лазерной резке толстолистовых материалов. Представлены оригинальные результаты наблюдения и визуализации процессов внутри лазерного реза в лабораторных условиях.

    Описаны результаты экспериментальных исследований, выполненных на автоматизированном лазерном технологическом комплексе ИТПМ СО РАН по лазерной резке толстых листов нержавеющей, малоуглеродистой сталей и титана. Для специалистов в области лазерной обработки конструкционных материалов, а также для аспирантов, магистрантов и студентов университетов.

    Издание осуществлено при поддержке Российского фонда фундаментальных исследований по проекту 12-08-07111, не подлежит продаже.

    Наука и жизнь №10/2019

    «Наука и жизнь» – ежемесячный научно-популярный журнал для всех возрастов и профессий. На страницах журнала: новости науки и техники, статьи по истории, биологии, физике, медицине, искусствоведению, научно-фантастические рассказы, материалы традиционных рубрик: «Мир увлечений», «Кунсткамера», «Маленькие хитрости».

    Для школьников есть специальный раздел «Ума палата». На портале журнала www. nkj. ru: новости науки и техники, видео, архив, интервью, on-line кроссворды. В номере: Ричард III сумел проложить дорогу к трону, но любимцем судьбы не стал Сверхкороткие лазерные импульсы помогут обнаружить другие миры Мал, да удал: комар наглядно демонстрирует молекулярные механизмы эволюции «Жизнь и смерть учёного в СССР» (из писем в редакцию) Почему дети столь активны и энергичны? Похоже, наш денисовский человек поделился своей ДНК с тибетцами… и многое другое.

    Кинетические и транспортные процессы в молекулярных газовых лазерах

    В монографии рассмотрены вопросы физики и техники проточных газовых лазеров на колебательно-вращательных переходах. Проведено исследование кинетических и транспортных процессов в молекулярных газовых лазерах с конвективным охлаждением рабочей среды и в газодинамических лазерах с околорезонансным колебательным обменом в зоне смешения.

    Значительное внимание уделено анализу экспериментальных результатов и выяснению влияния различных факторов на энергетические характеристики проточных лазерных систем. Предназначена для научных работников, разработчиков проточных газовых лазеров, преподавателей, докторантов, аспирантов и студентов высших учебных заведений.

    Рассмотрены способы получения аморфно-кристаллических материалов (закалка из расплава, контролируемая кристаллизация, деформационное воздействие, импульсная–фотонная, лазерная и ультразвуковая–обработка, напыление тонких пленок, ионная имплантация). Приводится подробная информация о структурных особенностях перехода из аморфного состояния в нанокристаллическое при тепловых и деформационных воздействиях.

    Проанализированы теоретические и экспериментальные исследования, в которых описаны механизмы пластической деформации и особенности формирующихся физико-механических свойств. Рассмотрены области практического применения аморфно-нанокристаллических сплавов.

    Для научных работников, инженеров, аспирантов и магистров учебных заведений, интересующимися проблемами нанотехнологий и материаловедения наноматериалов для получения материалов с уникальными свойствами. Издание осуществлено при поддержке Российского фонда фундаментальных исследований по проекту 13-02-07007.

    Современная оптика гауссовых пучков

    Книга является введением в современную оптику гауссовых пучков и затрагивает широкий круг вопросов, связанных с формированием и преобразованием параксиальных световых полей, обобщающих классические пучки Эрмита Гаусса и Лагерра-Гаусса. Впервые изложена теория структурно устойчивых световых полей, вращающихся при распространении.

    Рассмотрен ряд вопросов практического использования гауссовых пучков для задач лазерной фокусировки и манипуляций микрочастицами. Методы, применяемые в книге при решении оптических задач, могут оказаться полезными для решения других задач, где используются специальные функции математической физики.

    Книга рассчитана на специалистов в области когерентной оптики и лазерных технологий, а также студентов соответствующих. специальностей.

    Сеточно-характеристические численные методы 2-е изд., испр. и доп. Учебное пособие для бакалавриата

    Учебное пособие посвящено разработке, описанию и применению сеточно-характеристического метода для численного решения систем уравнений в частных производных гиперболического типа, к которым относится широкий класс нестационарных задач механики сплошных сред.

    Этот метод успешно применяется для решения задач аэрогидродинамики, механики деформируемого твердого тела, физики плазмы, вычислительной медицины, оптимизации транспортных потоков, аэроупругости и упруго-акустики. В книге рассмотрены исследование метода характеристик для уравнений газовой динамики, сеточно-характеристический метод, разностные схемы с положительной аппроксимацией, численное исследование пространственного сверхзвукового обтекания тел, численное моделирование многомерных задач лазерного термоядерного синтеза, численное исследование динамических задач механики деформируемого твердого тела.

    Оптическая биомедицинская диагностика. Том 1

    Коллективная монография написана ведущими специалистами в области оптической биомедицинской диагностики, хорошо известна в американских и европейских университетах и используется там как учебное пособие. Рассмотрены принципы взаимодействия лазерного излучения с биологическими клетками и тканями, лежащие в основе биомедицинской диагностики; описаны перспективные для клинического применения лазерные и оптические методы: метод упругого и квазиупругого рассеяния, спектрофотометрия ближнего инфракрасного диапазона, флуоресцентная лазерная спектроскопия, фотон-корреляционная спектроскопия, спектроскопия комбинационного рассеяния, оптическая когерентная томография, конфокальная микроскопия, оптоакустическая томография, доплеровская визуализация и спекл-мониторинг биологических потоков.

    Для научных работников, аспирантов и студентов, а также специалистов по медицинской физике и врачей, интересующихся разработкой и применением лазерных и оптических методов диагностики в медицинских исследованиях и практике. Издание осуществлено при поддержке Российского фонда фундаментальных исследований по проекту 03-02-30041д.

    Оптическая биомедицинская диагностика. Том 2

    Описаны различные спектроскопические исследования биологических тканей и когерентно-оптические методы мониторинга биологических потоков и микроструктуры тканей. Для научных работников, аспирантов и студентов, а также специалистов по медицинской физике и врачей, интересующихся разработкой и применением лазерных и оптических методов диагностики в медицинских исследованиях и практике.

    Допущено Министерством образования и науки Российской Федерации в качестве учебного пособия для студентов высших учебных заведений, обучающихся по направлению подготовки «Физика» и специальности «Медицинская физика».

    Технологии конструкционных наноструктурных материалов и покрытий

    Показано развитие представлений о наноструктурных материалах различной размерности и проведен анализ основных подходов к их классификации. Указаны физические особенности формирования специфических свойств конструкционных наноструктурных материалов, покрытий, пленок, волокон и частиц.

    Рассмотрены основные направления и перспективы их использования с учетом существующих ограничений и расширяющихся возможностей. Изложены традиционные и перспективные методы исследования наноструктур. Представлен комплекс методов системного анализа строения материалов: физико-химический, мультифрактальный и вейвлет-анализ.

    Дан обзор основных направлений получения конструкционных наноструктурных материалов и покрытий: порошковая металлургия, интенсивная физико-химическая поверхностная обработка, лазерное и ионно-лучевое формирование покрытий. Предназначена для научных и инженерно-технических работников, преподавателей, студентов и аспирантов, специализирующихся в области материаловедения, обработки конструкционных материалов, проектирования и эксплуатации изделий.

    Читайте так же:  Фильмы про суд и адвокатов