Плэйлист всех лекций
ЛЕКЦИЯ 1.
Введение в курс. Демонстрации: разложение белого света в спектр при преломлении в призме; дифракционные решётки; интерференционные кольца Ньютона; распространение света в оптоволоконном жгуте; двулучепреломление; интерференция в поляризованном свете. Электромагнитная теория света. Плоские и сферические волны. Гармоническая волна и комплексная форма её представления
Часть 1,
часть 2,
часть 3.
ЛЕКЦИЯ 2.
Гармонические плоские и сферические волны. Ориентация полевых векторов в плоской волне. Поляризация. Демонстрации: механическая модель поперечных волн и поляризаторов для них; прохождение света через поляроиды. Закон сохранения энергии электромагнитных волн. Случай плоских волн. Демонстрация: пробивание отверстий в фольге фокусированным импульсом твердотельного лазера. Выделение количества движения при поглощении электромагнитной волны
Часть 1,
часть 2.
ЛЕКЦИЯ 3.
Радиационная сила. Световое давление. Демонстрация: радиометр Крукса. Спектральное описание волновых полей. Демонстрация: лазерный телефон. Принцип суперпозиции. Разложение в спектр периодических функций – ряд Фурье. Разложение в спектр непериодических сигналов – интеграл Фурье. Формула Планшереля. Спектр «куска синусоиды»
Часть 1,
часть 2,
часть 3,
часть 4,
часть 5,
часть 6.
ЛЕКЦИЯ 4.
О выборе знака в exp(-iwt) при записи преобразования Фурье. Спектр в терминах длины волны. Интерференция света – вводные замечания. Демонстрация: интерференционные кольца в опыте, аналогичном опыту Поля. Естественный свет. Классическое описание излучения света атомами. Естественная ширина спектральных линий. Ударный и доплеровский механизмы уширения спектральных линий. Естественный свет как суперпозиция независимых «вспышек» от большого количества атомов. Спектральная плотность излучения.
Часть 1,
часть 2,
часть 3,
часть 4.
ЛЕКЦИЯ 5.
Интерференция света. Когерентность. Схемы двухволновой интерференции. Схема Юнга. Интерференция немонохроматического света – спектральное описание. Интерференция немонохроматического света – временное описание. Теорема Винера-Хинчина. Фурье-спектроскопия. О «скрытой» причине наличия конечного времени когерентности и длины когерентности.
Часть 1,
часть 2,
часть 3.
ЛЕКЦИЯ 6.
Пространственная когерентность. Сдвиг интерференционной картины от точечного источника в схеме Юнга при сдвиге источника. Интерференционная картина при использовании распределённого источника. Демонстрация:
пропадание интерференционной картины при увеличении размера источника в схеме Юнга. Пространственно-временная когерентность и её связь с пространственно-временной корреляцией. О возможности исследования временной когерентности в обычном интерферометре Майкельсона и пространственной когерентности в звёздном интерферометре Майкельсона. Многолучевая (многоволновая) интерференция. Интерферометр Фабри-Перо. Демонстрация: изменение интерференционных колец в интерферометре Фабри-Перо при повышении давления воздуха в нём.
Часть 1,
часть 2,
часть 3.
ЛЕКЦИЯ 7 (лектор – И.В. Митин).
Дифракция света. Принцип Гюйгенса-Френеля. Дифракционный интеграл Френеля. Расчёт поля на оси с помощью метода зон Френеля при дифракции света на круглом отверстии. Спираль Френеля. Демонстрация: дифракционная картина после прохождения светом круглого отверстия на разных расстояниях. Дифракция на круглом непрозрачном диске. Демонстрации: пятно Пуассона; дифракция на щели на разных расстояниях.
Часть 1,
часть 2,
часть 3.
ЛЕКЦИЯ 8 (лектор – И.В. Митин).
Краткое изложение результатов предыдущей лекции. Принцип Бабине. О задачах практикума по оптике на физическом факультете. О наблюдении интерференционных полос равной толщины в тонкой масляной плёнке, образующейся при всплывании капли масла на поверхность воды. Дифракционная длина. Зонная пластинка. Демонстрация: дифракция на щели в проходящем и отражённом свете. Спираль Корню.
Часть 1,
часть 2,
часть 3.
ЛЕКЦИЯ 9.
Уравнение Гельмгольца. Формула Грина. Основы теории дифракции Кирхгофа. Теорема Кирхгофа-Гельмгольца. Запись формулы Кирхгофа-Гельмгольца при задании падающего поля на плоскости. Приближение Кирхгофа и оптическое приближение. Интегральная формула Френеля-Кирхгофа. Приближение Френеля. Дифракция в дальней зоне (дифракция Фраунгофера). Угол дифракционной расходимости. Демонстрация: дифракция Фраунгофера на щели и отверстиях прямоугольной и круглой формы.
Часть 1,
часть 2,
часть 3.
ЛЕКЦИЯ 10.
«Свободная» дифракция в световом пучке. Гауссов пучок. Демонстрация: расходимость лазерного пучка на длинной трассе. Дифракция Фраунгофера на периодической последовательности щелей. Угловая ширина дифракционного максимума. Спектральное разрешение для m-го порядка дифракции. Дифракционные решётки. Демонстрация: дифракционная картина для решёток с разным периодом; образование порядков дифракции при отражении лазерного луча от поверхностей грампластинки, компакт-диска, металлической линейки. Дифракция в дальней зоне как пространственное преобразование Фурье. Угловой спектр. Решение уравнения Гельмгольца с помощью углового спектра.
Часть 1,
часть 2.
ЛЕКЦИЯ 11.
Дифракционная расходимость как следствие связи между шириной пространственного спектра и размером источника.
Линза как анализатор пространственного спектра. Теория Аббе формирования оптического изображения линзой.
Демонстрация: опыт Аббе-Портера. Методы пространственной фильтрации при получении изображений фазовых объектов.
Метод тёмного поля. Метод фазового контраста (метод Цернике).
Демонстрация: визуализация потоков воздуха от пламени свечи методами тёмного поля и фазового контраста.
Оптическая голография. Уравнения Габора. Объёмные голограммы. Метод Денисюка. Демонстрации голограмм.
Часть 1,
часть 2,
часть 3,
часть 4.
ЛЕКЦИЯ 12.
Влияние дифракции на разрешающую способность оптических приборов. Телескоп. Критерий Рэлея разрешения изображения источников. Микроскоп. Глаз. Спектральные оптические приборы и их характеристики. Призма как дисперсионный спектральный прибор. Демонстрация: спектральное разложение белого света призмой. Дифракционная решётка как дифракционный спектральный прибор. Демонстрации: разложение белого света в спектр отражательной решёткой; дифракционная картина при одновременном падении лазерных пучков красного, зелёного и синего цветов на пропускательную дифракционную решётку. Интерферометр Фабри-Перо как интерференционный спектральный прибор.
Демонстрация: изменение интерференционной картины, формируемой эталоном Фабри-Перо, при плавном изменении длины волны внутри резонатора.
Часть 1,
часть 2,
часть 3.
ЛЕКЦИЯ 13.
Взаимодействие света с веществом. Молекулярная оптика. Поляризуемость среды и поляризуемость молекул.
Поляризация газов. Поляризация плотных сред. Классическая теория дисперсии.
Осцилляторная модель атома (модель Лоренца). Закон Бугера. Дисперсия света в газах. Формула Зельмейера. Демонстрация: разложение белого света в спектр в скрещенных призмах. Случай нескольких резонансов. Скорость квазимонохроматических волн в диспергирующей среде. Групповая и фазовая скорости при линейной аппроксимации закона дисперсии. Дисперсионное расплывание оптических импульсов.
Часть 1,
часть 2.
ЛЕКЦИЯ 14.
Оптические явления на границе раздела изотропных диэлектриков. Законы отражения и преломления света.
Полное внутреннее отражение. Демонстрации: преломление лазерного луча в призме; распространение света
в стеклянном световоде в воздухе и глицерине; перенос изображения в оптоволоконном кабеле. Структура
преломлённой волны при полном внутреннем отражении. Амплитудно-фазовые изменения
светового поля при отражении и преломлении. Формулы Френеля. Явление Брюстера. Демонстрация:
отражение света от чёрной пластинки при падении под углом Брюстера. Коэффициент отражения при
нормальном падении. Просветление оптики.
Часть 1,
часть 2,
часть 3.
ЛЕКЦИЯ 15.
Распространение света в анизотропной среде. Кристаллооптика. Демонстрация: раздвоение изображения при наблюдении сквозь кристалл исландского шпата. Материальное уравнение с учётом анизотропии среды. Плоские электромагнитные волны в анизотропной среде. Направления полевых векторов. Зависимость скорости волны от ориентации векторов E и D. Свойства тензора диэлектрической проницаемости. Фазовая и лучевая скорости. Связь лучевой скорости с групповой скоростью. Зависимость скорости волны от её поляризации. Эллипсоиды показателей преломления и лучевых скоростей. Демонстрация: оптическая анизотропия при механической деформации образцов из оргстекла (фотоупругий эффект). Уравнения Френеля для волновых нормалей и лучевых скоростей. Типы собственных волн в анизотропной среде. Лучевая поверхность. Оптическая ось. Двухосные и одноосные кристаллы.
Часть 1,
часть 2,
часть 3.
ЛЕКЦИЯ 16.
Одноосные кристаллы. Волновая поверхность. Главное сечение кристалла. Скорость необыкновенной волны. Построение Гюйгенса.
Двойное лучепреломление в одноосном кристалле. Демонстрация: двойное лучепреломление в пластинке из исландского шпата.
Поляризационные приборы. Призмы Николя и Глана. Дихроизм: турмалин и плёночные поляроиды. Демонстрации:
прохождение пучков белого света через призму Николя и пластинку из турмалина. Использование двойного лучепреломления
для управления поляризацией: четвертьволновая и полуволновая пластинки. Закон Малюса. Демонстрация: управление поляризацией
с помощью четвертьволновой и полуволновой пластинок. Наведённая анизотропия при внешних воздействиях: фотоупругость,
электрооптические и магнитооптические эффекты. Демонстрация: эффект Фарадея.
Представление линейно поляризованной волны в виде суперпозиции циркулярно поляризованных волн. Оптическая активность.
Часть 1,
часть 2,
часть 3.
ЛЕКЦИЯ 17.
Рассеяние света. Демонстрация: угловая зависимость интенсивности рассеянного света при прохождении поляризованного пучка
через кювету с жидкостью. Неоднородности среды как дипольные источники волн. Излучение диполя (диполь Герца). Закон Рэлея.
Рассеяние Рэлея в дисперсной среде, содержащей рассеиватели в виде диэлектрических шариков. Формула Рэлея. Демонстрация:
гашение интенсивности голубого, зелёного и красного лазерных пучков при их прохождении через слой жидкости в процессе
образования в растворе коллоидных частиц. Рассеяние Ми. Молекулярное рассеяние света. Статистическая теория. Формула Эйнштейна.
Рассеяние Мандельштама-Бриллюэна. Комбинационное (рамановское) рассеяние.
Часть 1,
часть 2,
часть 3,
часть 4.
ЛЕКЦИЯ 18.
Физика лазеров. Постулаты Бора. Спонтанное и вынужденное излучение в квантовой системе.
Вывод формулы Планка по Эйнштейну. Распространение плоской волны в среде из двухуровневых атомов.
Создание инверсной населённости в трёх- и четырёхуровневой системах. Лазер.
Генерация света в среде с инверсной населённостью. Условия самовозбуждения лазера.
Примеры лазеров. Демонстрации: гелий-неоновый лазер и лазер на алюмоиттриевом гранате.
Режим свободной генерации и режим с модуляцией добротности. Продольные моды лазерного резонатора.
Синхронизация мод. Генерация сверхкоротких импульсов.
Часть 1,
часть 2,
часть 3.
ЛЕКЦИЯ 19.
Поперечные моды лазерного резонатора. Новая тема – нелинейная оптика. Нелинейная поляризация.
Квадратичная нелинейность. Генерация второй гармоники. Волновой синхронизм.
Создание волнового синхронизма в анизотропных кристаллах. Оптическое детектирование. Кубичная нелинейность.
Генерация третьей гармоники. Самовоздействие. Самофокусировка и самодефокусировка.
Демонстрация: тепловая самодефокусировка в спиртовом растворе красителя. О сверхсильных оптических полях.
Заключительные замечания.
Часть 1,
часть 2.