Introduction to Quantum and Nonlinear Optics II - NOOE028

• Title: Základy kvantové a nelineární optiky II
• Guaranteed by: Department of Chemical Physics and Optics (32-KCHFO)
• Faculty: Faculty of Mathematics and Physics
• Actual: from 2022
• Semester: summer
• E-Credits: 6
• Hours per week, examination: summer s.:3/1, C+Ex [HT]
• Capacity: unlimited
• Min. number of students: unlimited
• 4EU+: no
• Virtual mobility / capacity: no
• State of the course: taught
• Language: Czech, English
• Teaching methods: full-time
• Teaching methods: full-time
• Guarantor: doc. RNDr. František Trojánek, Ph.D.; prof. RNDr. Petr Malý, DrSc.
• Classification: Physics > Optics and Optoelectronics
• Co-requisite : NOOE027

Annotation

English

Last update: T_KCHFO (18.05.2001)

Linear and nonlinear optics, theory of nonlinear susceptibility. Classical description of phenomena of the second and third order: second harmonics, parametric interaction, four-wave processes, third harmonics, two-photon absorption, phase conjugation, optical bistability. Principles of nonlinear spectroscopy.

Czech

Last update: ()

Lineární a nelineární optika, teorie nelineárních susceptibilit. Klasický popis jevů druhého a třetího řádu: druhá harmonická, parametrické interakce, čtyřvlnové procesy, třetí harmonická, dvoufotonová absorpce, fázová konjugace, optická bistabilita, rozptyly spontánní, stimulované a vyšších řádů. Nestacionární koherentní jevy. Principy nelineární spektroskopie. Pozornost je věnovaná experimentální realizaci a využití nelineárních optických jevů.

Course completion requirements

English

Last update: doc. RNDr. František Trojánek, Ph.D. (28.04.2023)

The condition for completing the course is obtaining a credit and successfully passing the exam.

Czech

Last update: doc. RNDr. František Trojánek, Ph.D. (10.06.2019)

Podmínkou zakončení předmětu je získání zápočtu a úspěšné složení zkoušky.

Literature

English

Last update: doc. RNDr. František Trojánek, Ph.D. (02.05.2023)

R. W. Boyd: Nonlinear Optics, Academic Press, San Diego, USA, 2008

G. New: Introduction to Nonlinear Optics, Cambridge University Press, New York, USA, 2011

R. L. Sutherland: Handbook of Nonlinear Optics, Marcel Dekker Inc., New York, USA, 2003

Czech

Last update: doc. RNDr. František Trojánek, Ph.D. (02.05.2023)

P. Malý, F. Trojánek: Laserová fyzika a nelineární optika, MatfyzPress, Praha, 2022.

R. W. Boyd: Nonlinear Optics, Academic Press, San Diego, USA, 2008.

R. L. Sutherland: Handbook of Nonlinear Optics, Marcel Dekker Inc., New York, USA, 2003.

G. New: Introduction to Nonlinear Optics, Cambridge University Press, New York, USA, 2011.

Requirements to the exam

English

Last update: doc. RNDr. František Trojánek, Ph.D. (02.05.2023)

Credit is a necessary condition for participation in the exam. The exam is oral. The requirements correspond to the syllabus to the scope presented in the lecture.

Czech

Last update: doc. RNDr. František Trojánek, Ph.D. (10.06.2019)

Zápočet je nutnou podmínkou účasti u zkoušky. Zkouška je ústní. Požadavky odpovídají sylabu v rozsahu, který je prezentován na přednášce.

Syllabus

English

Last update: doc. RNDr. František Trojánek, Ph.D. (02.05.2023)

01 Introduction. History. Linear and nonlinear optics.

02 Lorentz microscopic model.

03 Nonlinear susceptibility.

04 Properties of nonlinear susceptibility. Effect of symmetry. Effective susceptibility value.

05 Quantum-mechanical theory of susceptibility.

06 Electromagnetic formulation of nonlinear optics. Coupled-wave equations.

07 Second harmonic generation.

08 Angular phase-matching. Temperature phase-matching. Quasi-phase-matching.

09 Sum and differential frequency generations.

10 Parametric generator, amplifier and oscillator.

11 Third-order susceptibility. Third harmonic generation. Continuum generation.

12 Intensity dependent complex refractive index. Nonlinear refractive index and absorption.

13 Self-focusing. Self-phase modulation.

14 Optical phase conjugation.

15 Induced grating. Thin grating.

16 Thick grating. Bistability (dispersion, absorption).

18 Electro-optic effects.

19 Two-photon absorption. Doppler-free spectroscopy. Laser cooling. Multiphoton ionization.

20 Introduction to light scatterings. Spontaneous and stimulated Raman scattering. Stokes component.

21 Anti-stokes component. CARS.

22 Spontaneous and stimulated Brillouin scattering.

23 High harmonics generation. Attosecond pulses.

24 Semiclassical theory of light matter interactions. Optical Bloch equations. Bloch vector.

25 Coherent phenomena. Photon echo. Self-induced transparency. Optical nutation. Free polarization decay.

Czech

Last update: doc. RNDr. František Trojánek, Ph.D. (02.05.2023)

01 Úvod. Historie. Lineární a nelineární optika.

02 Lorentzův mikroskopický model.

03 Nelineární susceptibilita.

04 Vlastnosti nelineární susceptibility. Vliv symetrie prostředí. Efektivní hodnota susceptibility.

05 Kvantově-mechanická teorie susceptibility.

06 Elektromagnetická formulace nelineární optiky. Rovnice vázaných vln.

07 Generace druhé harmonické frekvence.

08 Úhlové sfázování. Teplotní sfázování. Kvazi-sfázování.

09 Generace rozdílové frekvence. Generace součtové frekvence.

10 Parametrický zesilovač a oscilátor.

11 Susceptibilita třetího řádu. Generování třetí harmonické. Generace kontinua.

12 Závislost komplexního indexu lomu na intenzitě světla. Nelineární index lomu a absorpce.

13 Autofokusace. Automodulace fáze.

14 Optická fázová konjugace.

15 Indukovaná mřížka. Tenká mřížka.

16 Tlustá mřížka. Bistabilita (disperzní, absorpční).

18 Elektrooptický jev.

19 Dvoufotonová absorpce. Bezdopplerovská spektroskopie. Laserové chlazení. Vícefotonová ionizace.

20 Přehled rozptylů. Ramanův rozptyl spontánní, stimulovaný. Stokesova složka.

21 Antistokesova složka. Inverzní Ramanův jev, CARS, hyperramanovy rozptyly.

22 Brillouinův rozptyl spontánní, stimulovaný.

23 Generace vysokých harmonik. Attosekundové pulsy. Optické poškození.

24 Základy semiklasického popisu interakce světla s látkou. Optické Blochovy rovnice. Blochův vektor.

25 Koherentní jevy. Fotonové echo. Autoindukovaná propustnost. Optická nutace. Doznívání volné polarizace.