Detailed derivation of the relationship between microscopic theory of molecular systems (quantum mechanics) and spectroscopy, theoretical foundations of linear optical methods and introduction to nonlinear spectroscopy from macroscopic point of view.

Detailní odvození vztahu mezi mikroskopickou teorií molekulárních systémů (kvantovou mechanikou) a spektroskopií, teoretické základy lineárních optických metod a úvod do nelineárních spektroskopií z makroskopického hlediska.

Introduction to the microscopic theory of the most important methods of optical spectroscopy.

Seznámení s mikroskopickou teorií nejdůležitějších metod optické spektroskopie.

The exam is oral. The requirements correspond to the syllabus of the subject to the extent that was presented at the lecture.

Zkouška je ústní. Požadavky odpovídají sylabu předmětu v rozsahu, který byl prezentován na přednášce.

1. A. S. Davydov: Kvantová mechanika, SPN, Praha, 1978

2. J. Formánek: Úvod do kvantové mechaniky, Academia, Praha, 1983

3. H. Haken, H. Ch. Wolf: Molecular Physics and Elements of Quantum Chemistry, Springer, Berlin, 1995

4. D. P. Craig, T. Thirunamachandran, Molecular Quantum Electrodynamics, Dover, New York, 1998

5. L. Valkunas, D. Abramavicius, T. Mančal, Molecular Excitation Dynamics and Relaxation: Quantum Theory and Spectroscopy, Wiley-VCH, Weiheim, 2013

6. R. Loudon, Quantum Theory of Light, Oxford University Press, Oxford, 2000

1. Repetition: field quantization in Coulomb calibration, states with a sharp number of photons

2. Fundamentals of classical electrodynamics in matter; minimal coupling (Hamiltonian in the form p.A), dipole and multi-pole approximation (derivation of Hamiltonian with field and dipole moment)

3. Life of excited state, Einstein coefficients

4. Introduction of coherent states, description of black body radiation using density matrix (mixed states), short pulses

5. Interaction of coherent states with matter, semiclassical approximation and its validity in spectroscopy

6. Linear response and its relation to the shape of the absorption and emission line

7. Fault and non-fault calculations of absorption from wave function and (reduced) density matrix, analytical averaging over orientations in homogeneous sample (non-secular dynamics)

8. Circular dichroism

9. Introduction to nonlinear response and N-wave mixing, classification of perturbation spectroscopic methods according to order

10. State and dynamics of molecular system after photo-induced excitation, role of temporal coherence of light, role and significance of Condon approximation

11. Multi-photon spectroscopy and Raman spectroscopy from the point of view of response theory

1. Opakování: kvantování pole v Coulombově kalibraci, stavy s ostrým počtem fotonů

2. Základy klasické elektrodynamiky v látce; minimální vazba (hamiltonián ve tvaru p.A), dipólové a multi-pólové přiblížení (odvození hamiltoniánu s polem a dipolovým momentem)

3. Doba života excitovaného stavu, Einsteinovy koeficienty

4. Zavedení koherentních stavů, popis záření černého tělesa pomocí matice hustoty (smíšených stavů), krátké pulsy

5. Interakce koherentních stavů s látkou, semiklasické přiblížení a jeho platnost ve spektroskopii

6. Lineární odezva a její vztah ke tvaru absorpční a emisní čáry

7. Poruchové a neporuchové výpočty absorpce z vlnové funkce a (redukované) matice hustoty, analytické středování přes orientace v homogenním vzorku (nesekulární dynamika)

8. Cirkulární dichroismus

9. Úvod do nelineární odezvy a N-wave mixing, klasifikace poruchových spektroskopických metod podle řádu

10. Stav a dynamika molekulárního systému po foto-indukované excitaci, role temporální koherence světla, role a význam Condonovy aproximace

11. Více-fotonové spektroskopie a Ramanovy spektroskopie z hlediska teorie odezvy