Взаимодействие лазерного излучения с веществом: спектроскопия и фазовое управление молекулярными колебаниями. Лекция 4

1. ЛЕКЦИЯ 4 Классическая модель взаимодействия лазерного излучения с веществом : спектроскопия и фазовое управление молекулярными

колебаниями

2. Основы взаимодействия излучения с веществом

(Q) - поляризуемость
P N Q E
Q ...
Q 0
Q 0
QE
P N 0 E N
Q 0
Энергия взаимодействия
молекулы со световой волной
H pE Q E
2
Сила воздействия на
молекулярные колебания
H 2
F
E
Q Q

3. Материальные уравнения нелинейной среды

1 H
rotE
c t
1 D
rotH
c t
div D 0
div H 0
Волновое уравнение
2
1 E
4 P
rot rotE 2 2 2
2
c t
c t
2
1 2 E 4 2 P
E 2 2 2
2
c t
c t
D E 4 P

4. Материальные уравнения нелинейной среды

P P(E )
P Pl Pnl
P E E E ...
( 2)
2
( 3)
3
2
2
1 E 4 Pl 4 Pnl
E 2 2 2
2
2
c t
c t
c t 2
2
P (t ) ( ) E (t )d
0
( 2)
( 1 , 2 ) E (t 1 ) E (t 2 )d 1d 2
0 0
( 3)
( 1 , 2 , 3 ) E (t 1 ) E (t 2 ) E (t 3 )d 1d 2 d 3
0 0 0

5. Элементарная модель гармонического осциллятора

2
d Q
dQ
2
2
0 Q F t
2
dt
dt
Q t F t h d
0
h 2 h 02 h 0
1
h exp sin
h(θ) - функция Грина
h 0 0
h 0 1
2
0
2 1/ 2

6. Монохроматическая накачка

F t F0 exp i t
Q t F0 exp i t h d F0 exp i t h exp i d
0
0
Q0 F0
Q t Q0 exp i t
h exp i d
0
1
2i
2
0
2

7. Накачка сверхкоротким импульсом

Q t Ch t
F t C t
Соотношения между восприимчивостью
и функцией Грина
h exp i d
1
h
2
exp i d

8. Пара коротких импульсов

F t C t C t
h t , t
Q t C
h t h t , t
1
h
sin 0
0
0
C sin 0t , t
Q t
0 sin 0t sin 0 t , t

9. Фазовое управление

T0 2 0
sin 0 t sin 0t sin 0t
C sin 0t , t
Q t
0 0, t
T0 2 0
C sin 0t , t
Q t
0 2 sin 0t , t

10. Фазовое управление гармоническим осциллятором

sin( 0t)+sin[ 0(t-T0)]
2
sin( 0t)+sin[ 0(t -T0/2)]
Q(t)
1
0
-1
sin 0t)
-2
0
2
4
6
8
10

11. Гашение и возбуждение гармонических колебаний

1.0
Q(t)
0.5
0.0
-0.5
-1.0
0
2
4
6
8
t
10
12
14

12. Цуг коротких импульсов

N
F t C t n
n 0
0
N
Q t C
n 0
1
0
N
Q t C h t n , t N
n 0
h
sin 0 t n
Q t Q0 sin 0 t t0
1
0
sin 0
N
sin
T0
CT0
Q0
2
sin
T0
N 1
t0
2

13. Синхронное возбуждение

0.4
Q( )
0.3
0.2
0.1
0.0
0
1
2
/T0
3
4
5

14. Возбуждение коротким импульсом

D =
s
Возбуждение коротким
импульсом
v2
v1
s

15. Возбуждение последовательностью импульсов

T
q + 1
t
q
=
v2
v1
=
q + 1
q
T

16. Оптимальный контроль

17. Pulse shaping

18. Квантово-управляемое КАРС

19.

Playing a unique melody…
to a molecule
transform-limited
pulse
shaped pulse
Frequency shifting, spectral
tailoring, pulse shaping…
Why should we bother?
Tools
Spatial light modulator
by A.M. Weiner
Inspired by W.S. Warren, H.
Rabitz, and M. Dahleh,
Science 259, 1581 (1993).
laser
Photonic-crystal fiber
laser output
Frequency-shifted, spectrally
tailored, optimally timeordered output
PCF
• Supercontinuum generation
• Frequency shifting
• Spectral tailoring
• Pulse shaping
time