Оптические микрорезонаторы

4 курс, 8 семестр, 32 часа
Лектор: д.ф-м.н. Городецкий Михаил Леонидович

Оптические микрорезонаторы

Краткая аннотация

Спецкурс предназначен для студентов 4-го курса отделения радиофизики. Для освоения курса необходима предварительная подготовка по курсам «Теория колебаний», «Теория волн» и "Уравнения математической физики". Спецкурс содержит изложение основ теории и приложений оптических микрорезонаторов в высокоселективных устройствах современной оптоэлектроники и экспериментальной физики. На примере оптических микрорезонаторов рассмотрены многие актуальные вопросы современной физики и математики. Наибольшее внимание уделяется оптическим резонаторам с модами типа шепчущей галереи (МШГ), обладающим наивысшей добротностью. Курс базируется на материале научных публикаций последних лет.

Разделы курса

1. Объемные электромагнитные резонаторы. Добротность. Эффективный объем. Основные типы оптических микрорезонаторов. Преимущества резонаторов с модами шепчущей галереи (МШГ). Конспект лекции
2. Уравнение Максвелла. Граничные условия. Скалярное и векторное уравнение Гельмгольца в криволинейных координатах. Методы решения. Потенциалы Дебая. Конспект лекции
3. Резонатор Фабри-Перо. Резкость. Добротность. Согласование. Укороченное уравнение. Гауссовы пучки. Продольные и поперечные моды. Брэгговские зеркала. Конспект лекции
4. Решение волнового уравнения в цилиндрических координатах. Функции Бесселя высокого порядка. Закрытый цилиндрический резонатор. Открытый цилиндрический резонатор. Характеристическое уравнение. Методы приближенного решения. Излучательная добротность. Конспект лекции
5. Моды сферического резонатора. Методы решения характеристического уравнения. Спектр и излучательная добротность. Нормировка. Конспект лекции
6. Квазиклассическое приближение. Метод эйконала. Условия квантования. Конспект лекции
7. Лучевое приближение. Правила квантования. Геометрическая интерпретация мод в цилиндре, шаре, сфероиде. Конспект лекции
8. Лучевое приближение при наличии диэлектрической границы. Принцип локализации. Матрица рассеяния. Формулы Френеля. Эффект Гуса-Хенхена. Отражение от диэлектричеcкой поверхности с кривизной. Собственные частоты и добротность диэлектрических резонаторов в лучевом приближении. Конспект лекции
9. Связь с оптическими микрорезонаторами. Нагруженная добротность и критическая связь. Связь с МШГ. Методы расчета элементов связи. Различные типы элементов связи. Призма. Оптическое волокно. Конспект лекции
10. Добротности реальных оптических микрорезонаторов. Оптических материалы для микрорезонаторов. Объемные потери. Поглощение и рассеяние. Рамановское рассеяние. Теория рассеяния Эйнштейна. Поверхностные потери рассеяния и поглощения. Обратное рассеяние. Конспект лекции
11. Изготовление оптических микрорезонаторов. Кварцевые микросферы и микроторы. Кристаллические микрорезонаторы. Интегральные технологии. Методы измерения добротности. Конспект лекции
12. Нелинейные свойства оптических микрорезонаторов. Порог. Собственная и тепловая нелинейность. Бистабильность. Электрооптический эффект. Рамановский ангармонизм. Параметрическая неустойчивость.
13. Применение оптических микрорезонаторов. Фильтры. Стабилизация лазеров. Химические и биологические сенсоры. Переключатели. Модуляторы. Лазерная и параметрическая генерация. Высокостабильные СВЧ генераторы. Оптические микрорезонаторы в фундаментальной физике. Квантово-невозмущающие измерения. Эксперименты квантовой электродинамики резонатора. Фундаментальные термодинамические флуктуации. Фотонные атомы и молекулы. Исследования хаоса. Конспект лекции

Учебные пособия

М.Л. Городецкий, ОСНОВЫ ТЕОРИИ ОПТИЧЕСКИХ МИКРОРЕЗОНАТОРОВ (Учебное пособие)