Описание:Цель данного курса дать слушателю представление о существующем многообразии нелинейно-оптических явлений, а также познакомить с базовыми теоретическими моделями для их анализа. Основой теоретического описания служит система уравнений Максвелла для электромагнитного поля с разделением поляризации среды на линейную и нелинейную части, что позволяет сформулировать волновое уравнение с нелинейными источниками вторичных волн на новых частотах. Используя приближение медленно меняющейся амплитуд рассматриваются задачи трехволновых параметрических преобразований квазимонохроматических волн в нелинейно-оптических кристаллах. Параболическое приближение позволяет рассмотреть задачи пространственного самовоздействия, самофокусировку, формирование филаментов в нелинейной среде.
Развитие теоретического инструментария идет бок о бок с рассмотрением важных практических особенностей наблюдения нелинейно-оптических явлений в экспериментах. Обсуждаются вопросы применимости подходов для различных классов лазерных источников. Особое внимание направлено на развитие умений оперировать параметрами нелинейных кристаллов. В курсе даются базовые знания о группах симметрий кристаллов и основных правилах преобразования тензоров оптической восприимчивости. Рассмотрен широкий набор путей реализации фазового согласования в различных практических задачах лазерной физики. Переходя к задачам современной фотоники, рассмотрены случаи генерации второй и высших оптических гармоник сфокусированными пучками и ограниченными импульсами в нелинейных кристаллах. Слушатель знакомится с особенностями описания лазерного излучения фемтосекундной длительности и основными правилами практической работы с ними. Даны характерные примеры преобразования сверхкоротких импульсов в газах, твердых телах и световодах.
В курсе также уделено место широкому классу двухфотонных резонансных нелинейно-оптических явлений: двухфотонное поглощение и вынужденное комбинационное рассеяние света на оптических и акустических фононах. Изложены базовые модели, описывающие отклик среды с комбинационно-активным переходом, а также динамику резонансной перекачки энергии между волнами накачки. Представлено множество примеров разработанных техник спектроскопии, термометрии и визуализации на основе двухфотонных резонансных явлений.
Последняя часть курса посвящена практическому применению рассмотренных классических нелинейно-оптических явлений в современных биомедицинских задачах. Рассматриваются различные пути безмаркерной селективной визуализации биологических тканей с субклеточным пространственным разрешением за счет генерации оптических гармоник и вынужденного комбинационного рассеяния света. Изложены фундаментальные преимущества флуоресцентной микроскопии при многофотонном возбуждении флуорофоров над классическими конфокальными методиками.