ВУЗ:
Составители:
3
I. ОРГАНИЗАЦИОННО-МЕТОДИЧЕСКИЙ РАЗДЕЛ
Большинство задач, решаемых в квантовой электронике, связано с необ-
ходимостью описания атомно-молекулярных систем, находящихся под воздей-
ствием электромагнитного излучения. К таким задачам относятся: изучение ак-
тивных лазерных сред, распространение электромагнитных волн в резонансных
средах, эффекты самовоздействия резонансного излучения в среде, процессы в
фотохромных материалах др. Макроскопическое описание эволюции таких
систем применимо, когда свойства вещества достаточно медленно меняются
вдоль его объема, и во многих случаях обосновано и эффективно. Оно позволя-
ет оперировать с такими экспериментально измеряемыми параметрами, как ки-
нетические константы.
Цель курса – изучение подходов и методов решения широкого круга за-
дач квантовой электроники методами математического моделирования с ис-
пользованием кинетического подхода.
В курсе решаются следующие задачи: распространение электромагнитно-
го излучения в усиливающей среде и изучение эволюции многоуровневой мо-
лекулярной системы с учетом протекания фотофизических процессов и фото-
химических реакций. Для достижения поставленных задач востребуются зна-
ния, полученные на общеобразовательных и специализированных курсах:
«Статистическая физика», «Методы математической физики», «Программиро-
вание», «Спектроскопия», «Фотофизика», «Физика лазеров», «Физика газового
разряда» и др.
Дипломированный специалист должен уметь реализовывать все этапы
моделирования физических процессов: уметь анализировать эффективность
протекания различных типов фотопроцессов, создавать наглядные модели и
формализовать их, обосновывать приближения, владеть математическими ме-
тодами, реализовывать алгоритмы на ЭВМ, интерпретировать полученные ре-
зультаты, а также иметь навыки самостоятельной работы с литературой.
II. СОДЕРЖАНИЕ КУРСА
1. Этапы моделирования физических процессов. Описательная информаци-
онная модель. Формализованная модель. Компьютерная модель. Компью-
терный эксперимент. Анализ полученных результатов.
2. Кинетический подход. Переход от микроскопического описания состояния
вещества к макроскопическому. Границы применимости кинетической тео-
рии. Прямые и обратные задачи физической кинетики. Корректность поста-
новки обратных задач.
3. Взаимодействие излучения с молекулярным газом. Вынужденное и
спонтанное излучение, сечение перехода, коэффициенты поглощения и уси-
ления. Релаксационные процессы в газах. Столкновительный механизм
восстановления равновесия, поступательная, вращательная релаксация, ко-
4
лебательная релаксация, химическая, электронная релаксация. Иерархия
времен релаксации.
4. Фотофизические процессы в многоуровневой конденсированной сис-
теме. Различные типы фотопроцессов и их эффективность (одно-, и много-
ступенчатое поглощение, флуоресценция и фосфоресценция, интеркомби-
национные переходы). Типы релаксаций в многоуровневых системах (коле-
бательная релаксация, фотохимические превращения и др.). Диффузия и ее
пространственно-временные масштабы.
5. Методы решения системы кинетических уравнений. Метод собственных
значений. Стационарное и квазистационарное приближение. Последова-
тельное сокращение описания систем с различными скоростями релаксации.
Решение системы кинетических уравнений в частных производных. Чис-
ленные методы.
III. ПЕРЕЧЕНЬ ПРАКТИЧЕСКИХ ЗАНЯТИЙ
1. Решение одномерной задачи о распространении излучения в усиливаю-
щей среде в резонаторе (параметры: β - коэффициент ослабления, α - насы-
щающийся коэффициент усиления, L - длина резонатора, R
1
, R
2
- коэффициенты
отражения зеркал резонатора). Оптимизация лазерных параметров.
2. Расчет кинетики фотопроцессов в фотохромных материалах. Расчет засе-
ленности уровней красителя (S
0
, S
1
, T
1
, T
n
) под действием излучения в полосе
S
0
-S
1
перехода с учетом необратимой реакции обесцвечивания с высших возбу-
жденных состояний T
n
. Точное решение и использование квазистационарного
приближения.
3. Задание по выбору (в соответствии с тематикой научной работы)
IV. ФОРМЫ КОНТРОЛЯ
Зачет.
V. УЧЕБНО-МЕТОДИЧЕСКОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ КУРСА
Список литературы
1. Квасников И.А. Термодинамика и статистическая физика. Теория неравно-
весных систем. - М.: Изд-во МГУ, 1987.
2.
Лифшиц Е.М., Питаевский Л.П. Физическая кинетика. - М.: Наука, 1979.
3.
Звелто О. Принципы лазеров. - М.: Мир, 1984.
4. Смит К., Томсон. Р. Численное моделирование газовых лазеров. - М.: Мир,
1981.
5.
Оситпов А.И., Панченко В. Я. Тепловые эффекты при взаимодействии ла-
зерного излучения с молекулярными газами. - М.: Изд-во МГУ, 1983.
6.
Теренин А.Н. Фотоника молекул красителей. - Л.: Наука, 1967.
7.
Дрэгсхейдж К. Строение и свойства лазерных красителей// Лазеры на краси-
телях. - М.: Мир, 1976.
8.
Кольер Р., Берхарт К., Лин Л. Оптическая голография. - М.: Мир, 1987.
