Взаимодействие излучения с атомами и наночастицами

В. А. АСТАПЕНКО 

2010

ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ 
ИЗЛУЧЕНИЯ С АТОМАМИ  
И НАНОЧАСТИЦАМИ

ФИЗТЕХОВСКИЙ УЧЕБНИК

В.А. Астапенко
Взаимодействие излучения с атомами и наночастицами: Учебное пособие / В.А. Астапенко – Долгопрудный: Издательский Дом
«Интеллект», 2010. – 496 с.
ISBN 9785915590839

Учебник посвящен систематическому изложению физики основных элементарных процессов, возникающих при взаимодействии электромагнитного поля
с атомами и наночастицами. Рассмотрены такие фундаментальные явления
как поглощение излучения, люминесценция, индуцированное излучение,
фотоионизация, тормозное излучение, включая поляризационный канал, различные виды рассеяния фотона на атомах и мезообъектах, в том числе с участием поверхностных плазмонов, а также фотопереходы в молекулярных системах и наноструктурах. Когерентные нестационарные процессы – самоиндуцированная прозрачность, оптическая нутация и фотонное эхо – описаны
в рамках формализма вектора Блоха, позволяющего дать их наглядную геометрическую интерпретацию.
Основному материалу предпослано рассмотрение электромагнитного взаимодействия на примере простейших классических систем – гармонического
осциллятора и осциллятора Морзе. Особое внимание уделено фазовому контролю фотовозбуждения классического осциллятора в поле ультракоротких
импульсов и в бихроматическом поле, играющему важную роль в современной лазерной физике и химии.
Представлено классическое описание взаимодействия электромагнитного
излучения с веществом на основе спектроскопического принципа соответствия, включая вывод выражений для коэффициентов Эйнштейна. Подробно
рассмотрена динамическая поляризуемость атома – величина, занимающая
центральное место в описании отклика вещества на электромагнитное воздействие.
Рассмотрены неупругие процессы при взаимодействии электронов с атомными частицами.
Для студентов и преподавателей, научных работников в областях атомной
физики и фотоники.

ISBN 9785915590839
© 2010, В.А. Астапенко
© 2010, ООО Издательский Дом
«Интеллект», оригиналмакет,
оформление

 







 

!
!" !! !
 
 "#$%&#'%&

( )!*)
! 






 


)

"#$%&#'%&

***e
hv

В
мкА
U

** Графит

Ионизационная
камера

Кристалл


"#$%&#'%&

!"#
$
! 

  
!"#!$!)!)!**+*!,!!
-)!
  !"
"#$%&#'%&

%!!!


!


(+!!


!!!./

,!)!)

-!"#$%&#'%&





!

"#


$%&'('


)*+,-*.,
$%&
!"#$
%&'

$' 

%
 
(&

)*+,-*.,
/%(
/


//!!"#
$%&, k

pip

$/"'

Нормированная эффективность рассеивания

Энергия фотона, эВ
1,5
2,0
2,5
1,5
2,0
2,5

20 нм
40 нм

60 нм
80 нм

100 нм
150 нм

)*+,-*.,
0%1



012&3




0%(0!(0"(%&''
)*+,-*.,
4%
4'
%4(4!%%&(



)*+,-*.,
&(
 
( 

!

 
")*+,-*.,

%('!%&

"%%&%&'#)*+,-*.,
Глава 1.
ОПТИКА ЛУЧЕЙ

1.1. Постулаты лучевой оптики
1.2. Простые оптические элементы
1.3. Оптика сред с плавно меняющимся
показателем преломления
1.4. Матричная оптика

Глава 2.  ОПТИКА ВОЛН

2.1. Постулаты волновой оптики
2.2. Монохроматические волны
2.3. Соотношение между волновой и
лучевой оптикой
2.4. Простые оптические элементы
2.5. Интерференция
2.6. Полихроматический и импульсный
свет

Глава 3.  ОПТИКА ПУЧКОВ

3.1. Гауссов пучок
3.2. Прохождение через оптические
элементы
3.3. Пучки ГауссаЭрмита
3.4. Пучки ГауссаЛагерра  и Бесселя

Глава 4.
ФУРЬЕОПТИКА

4.1. Распространение света в свободном
пространстве
4.2. Оптическое преобразование Фурье
4.3. Дифракция света
4.4. Формирование изображения
4.5. Голография

Глава 5.
ЭЛЕКТРОМАГНИТНАЯ ОПТИКА

5.1. Электромагнитная теория света
5.2. Электромагнитные волны в
диэлектрических средах
5.3. Монохроматические
электромагнитные волны
5.4. Элементарные электромагнитные
волны
5.5. Поглощение и дисперсия
5.6. Распространение импульса в
диспергирующей среде
5.7. Оптика магнитных материалов и
метаматериалов

Глава 6.
ПОЛЯРИЗАЦИОННАЯ ОПТИКА

6.1. Поляризация света
6.2. Отражение и преломление
6.3. Оптика анизотропных сред
6.4. Оптическая активность и магнитооптика
6.5. Оптика жидких кристаллов
6.6. Поляризационные устройства

Глава 7.
ОПТИКА ФОТОННЫХ КРИСТАЛЛОВ

7.1. Оптика диэлектрических слоистых сред
7.2. Одномерные фотонные кристаллы
7.3. Двухи трехмерные фотонные кристаллы

 Глава 8.
ОПТИКА ВОЛНОВОДОВ

8.1. Планарные зеркальные волноводы
8.2. Планарные диэлектрические волноводы
8.3. Двумерные волноводы
8.4. Фотоннокристаллические волноводы
8.5. Оптическая связь в волноводах
6.6. Металлические волноводы с размерами
меньше длины волны (плазмоника)

Глава 9.
ВОЛОКОННАЯ ОПТИКА

9.1. Направляемые лучи
9.2. Направляемые волны
9.3. Ослабление и дисперсия
9.4. Микроструктурные и фотоннокристаллические  волокна

Глава 10.
ОПТИКА РЕЗОНАТОРОВ

10.1. Резонаторы с плоскими зеркалами
10.2. Резонаторы со сферическими зеркалами
10.3.Двухи трехмерные резонаторы
10.4. Микрорезонаторы

Глава 11.
СТАТИСТИЧЕСКАЯ ОПТИКА

11.1. Статистические свойства случайного
света
11.2. Интерференция частично когерентного
света
11.3. Прохождение частично поляризованного
света через оптические системы
11.4. Частичная поляризация

В двух томах с СD

Б. Салех, М. Тейх    Основы фотоники

Учебник, перевод  второго издания
на английском языке

Около 2000 с., формат 70х100/16, переплет

Глава 12.

ОПТИКА ФОТОНОВ

12.1. Фотон
12.2. Потоки фотонов
12.3. Квантовые состояния света

Глава 13.

ФОТОНЫ И АТОМЫ

13.1. Уровни энергии
13.2. Заселенность уровней энергии
13.3. Взаимодействие фотонов с атомами
13.4. Тепловое излучение
13.5. Люминесценция и рассеяние света

Глава 14.

ЛАЗЕРНЫЕ УСИЛИТЕЛИ

14.1. Теория лазерного усиления
14.2. Накачка усилителя
14.3. Распространенные лазерные усилители
14.4. Нелинейность усилителя
14.5. Шум усилителя

Глава 15.  ЛАЗЕРЫ

15.1. Теория лазерной генерации
15.2. Выходные характеристики лазера
15.3. Распространенные лазеры
15.4. Импульсные лазеры

Глава 16.

ОПТИКА ПОЛУПРОВОДНИКОВ

16.1. Полупроводники
16.2. Взаимодействие фотонов с

носителями заряда

Глава 17.

ПОЛУПРОВОДНИКОВЫЕ
ИСТОЧНИКИ ФОТОНОВ

17.1. Светодиоды
17.2. Полупроводниковые оптические

 усилители

17.3. Лазерные диоды
17.4. Квантоворазмерные лазеры и лазеры

с микрорезонаторами

Глава 18.

ПОЛУПРОВОДНИКОВЫЕ
ДЕТЕКТОРЫ ФОТОНОВ

18.1. Фотодетекторы
18.2. Фотопроводники
18.3. Фотодиоды
18.4. Лавинные фотодиоды
18.5. Матричные детекторы
18.6. Шум в фотодетекторах

Глава 19. АКУСТООПТИКА

19.1. Взаимодействие света и звука
19.2. Акустооптические устройства
19.3. Акустооптика анизотропных сред

Глава 20. ЭЛЕКТРООПТИКА

20.1. Принципы электрооптики
20.2. Электрооптика анизотропных сред
20.3. Электрооптика жидких кристаллов
20.4. Фоторефрактивность
20.5. Электропоглощение

Глава 21. НЕЛИНЕЙНАЯ ОПТИКА

21.1. Нелинейные оптические среды
21.2. Нелинейная оптика второго порядка
21.3. Нелинейная оптика третьего порядка
21.4. Нелинейная оптика второго порядка:

теория связанных волн

21.5. Нелинейная оптика третьего порядка:

теория связанных волн

21.6. Анизотропные нелинейные среды
21.7. Нелинейные среды с дисперсией

Глава 22.

ОПТИКА УЛЬТРАКОРОТКИХ ИМПУЛЬСОВ

22.1. Характеристики импульсов
22.2. Формирование и компрессия импульсов
22.3. Распространение импульсов в оптических

волокнах

22.4. Линейная оптика ультракоротких импульсов
22.5. Нелинейная оптика ультракоротких

импульсов

Глава 23.

ОПТИЧЕСКИЕ СОЕДИНЕНИЯ

И ПЕРЕКЛЮЧАТЕЛИ

23.1. Оптические соединения
23.2. Пассивные оптические маршрутизаторы
23.3. Фотонные переключатели
23.4. Оптические затворы

Глава 24.

ВОЛОКОННООПТИЧЕСКИЕ

СИСТЕМЫ СВЯЗИ

24.1. Волоконнооптические компоненты
24.2. Волоконнооптические системы связи
24.3. Модуляция и мультиплексирование
24.4. Волоконнооптические сети
24.5. Когерентные оптические системы связи

Дополнение А.

ПРЕОБРАЗОВАНИЕ ФУРЬЕ

А.1. Одномерное преобразование Фурье
А.2. Длительность и спектральная ширина
А.3. Двумерное преобразование Фурье

Дополнение В.

ЛИНЕЙНЫЕ СИСТЕМЫ

В.1. Одномерные линейные системы
В.2. Двумерные линейные системы

Дополнение С.

МОДЫ КОЛЕБАНИЙ И ВОЛН

В ЛИНЕЙНЫХ СИСТЕМАХ

Обозначения и единицы измерения

Об авторах

Предметный указатель

Список рекомендуемой литературы
на русском языке

Ко всем главам даны перечни литературы
на языке оригинала

В каждой главе даны задачи

Н.Я. Молотков
Учебные эксперименты по волновой оптике.

СВЧ демонстрации

Пособие содержит описание лекционных демонстраций по основным и принципиально

важным оптическим явлениям в диапазоне СВЧ ( =3,2см). Демонстрационные опыты
включают учебные исследования свойств электромагнитных волн и охватывают все основные разделы волновой оптики: интерференцию, дифракцию, поляризацию и дисперсию. Большое внимание уделяется моделированию кристаллооптических явлений и иллюстрации основных методов и принципов рентгеноструктурного анализа.
Описание каждой демонстрации помимо рассмотрения физического явления включает
рекомендации по методике и технике лекционного эксперимента. Даются указания по
изготовлению необходимого учебного оборудования.

Для преподавателей физики университетов, институтов и техникумов, работников

физических кабинетов, студентов физических специальностей, учителей средних школ.

Г. Р. Локшин
Основы радиооптики

Серия «Физтеховский учебник»

Интерес к основам когерентной оптики и голографии и их применению резко усилился в последнее время. Стало понятно, что важнейшие перспективные задачи обработки
информации могут решаться только оптическими, а не компьютерными методами, при
этом в оптику переносятся многие подходы из радиотехники.

Учебное пособие дает современное и доходчивое изложение методов и приложений Фурьеоптики к задачам дифракции, формирования изображений и пространственной фильтрации.

Для студентов, преподавателей и специалистов во многих областях прикладной математики и физики, разработчиков оптических приборов и систем распознавания образов.

Ïîëíûå îãëàâëåíèÿ êíèã
íà ñàéòå www.id-intellect.ru

Âûøëè â ñâåò