ОСНОВЫ ФОТОНИКИ И ОПТИЧЕСКИХ ТЕХНОЛОГИЙ

 

Программа курса лекций

 

Алексей Михайлович Желтиков

 

1. Введение. Предмет и области приложений фотоники. Инструментальные средства фотоники. Место фотоники в современной физике. Актуальные проблемы и достижения фотоники и оптических технологий (генерация сверхкоротких световых импульсов, аттосекундная физика, высокие интенсивности, миниатюризация оптических и лазерных элементов, нанотехнологии в оптике, высокоточные оптические измерения).

2. Излучение света. Испускание фотонов. Источники излучения. Усиление излучения. Лазеры. Современные тенденции развития лазерной техники: короткие импульсы, высокие мощности, компактные лазеры.

3. Управление излучением и преобразование оптических сигналов. Нелинейно-оптические методы. Компрессия импульсов. Многослойные и чирпированные зеркала. Преобразование частоты..

4. Направляемые моды.  Явление полного внутреннего отражения и волноводные моды. Частота отсечки и число направляемых мод. Дисперсионное соотношение. Полые волноводы. Дисперсия и потери полых волноводов.

5. Направляемые и связанные моды. Теория связанных мод. Связанные волноводы. Периодические волноводы. Мультиплексоры и ответвители. Волноводы на брэгговском отражении. Методы интеграции оптических компонентов.

6. Регистрация оптических сигналов. Оптические методы детектирования. Измерение амплитуды, длительности, поляризации и фазы. Характеризация коротких импульсов. FROG и SPIDER.

7. Фотонные кристаллы. Распространение света в периодических структурах. Дисперсионное соотношение для одномерной периодической структуры. Фотонная запрещенная зона. Методы изготовления фотонных кристаллов. Двумерные и трехмерные фотонные кристаллы. Фотонные кристаллы с дефектом решетки. Фотонно-кристаллические и дырчатые волноводы. Применения фотонных кристаллов.

8. Динамика сверхкоротких импульсов. Нелинейное уравнение Шредингера. Фазовая самомодуляция. Ударные волны огибающей. Запаздывающий нелинейный отклик. Генерация суперконтинуума. Многофотонная и туннельная ионизация. Филаментация сверхкоротких лазерных импульсов.

9. Передача оптических сигналов. Направляемые волны. Типы оптических волноводов. Собственные моды волноводов. Планарные волноводы. Волноводы с плавно изменяющимся показателем преломления. Одномодовый режим. Полые волноводы. Моды и оптические потери полых волноводов. Дисперсия волноводных мод. Нелинейная оптика волноводов. Генерация сверхкоротких импульсов. Солитоны.

10. Высокоточные измерения в оптике. Эквидистантные наборы спектральных компонент как частотные линейки. Получение и стабилизация частотных гребенок в фемтосекундных твердотельных лазерах с синхронизацией мод. Спектральное сверхуширение частотных гребенок. Принципы оптических измерений частоты с использованием стабилизированных частотных гребенок.

Литература

1. A. Yariv and P. Yeh, Optical Waves in Crystals (New York: Wiley, 1984); имеется русский перевод: А. Ярив, П. Юх, Оптические волны в кристаллах (Москва: Мир, 1987).

2. H.M. Gibbs, Optical Bistability: Controlling Light with Light (Orlando: Academic, 1985); имеется русский перевод.

3. М. Адамс, Введение в теорию оптических волноводов (Москва: Мир, 1984).

4. J.F. Reintjes, Nonlinear Optical Parametric Processes in Liquids and Gases (Orlando: Academic, 1984); имеется перевод: Дж. Райнтжес, Нелинейные оптические параметрические процессы в жидкостях и газах (Москва: Наука, 1989)

5. А.М. Желтиков, Оптика микроструктурированных волокон, Москва, Наука, 2004.