1. История развития лазеров: От мазера до современных систем, типы лазеров; изменение основных параметров (длительность, энергия, мощность, длина волны).
2. Примеры применения лазеров в науке и технике. Лазерный термоядерный синтез. Плазменные ускорители частиц. Аттосекундный осциллограф. Терагерцовая спектроскопия. Обработка материалов. Хранение данных. Медицина и биология. Экология. Лазерное оружие.
3. Нобелевские премии в области лазерной физики. Создание мазера. Нелинейная оптика и спектроскопия. Оптические ловушки. Фемтохимия. Полупроводниковые лазеры. Спектроскопия сверхвысокого разрешения.
4. Физические особенности лазерного излучения. Поляризация. Степень поляризации. Атомная интенсивность – взаимодействие со связанным электроном. Релятивистская интенсивность – взаимодействие со свободным электроном. Спектр гармонического и шумового процесса. Спектр излучения непрерывного лазера. Временная когерентность. Стационарный случайный процесс и его корреляционная функция. Видность и корреляционная функция. Измерение корреляционной функции в интерферометре Майкельсона. Время корреляции. Связь длительности импульса когерентного излучения и ширины линии. Спектр излучения импульсного лазера. Пространственная когерентность непрерывного излучения. Радиус когерентности. Интерферометр Юнга. Расходимость плоского и гауссового пучков. Расходимость частично-когерентного пучка. Спекл-картина. Яркость.
5. Принципы функционирования лазера. Вынужденное и спонтанное излучение. Двухуровневая среда и инверсия населенности. Усиленная спонтанная люминесценция. Сверхизлучение и суперлюминесценция. Лазерная генерация. Резонатор. Продольные и поперечные моды. Насыщение усиления. Многоуровневые схемы. Скоростные уравнения. Непрерывный режим генерации. Порог генерации. Импульсный режим генерации. Модуляция добротности. Активная и пассивная синхронизация мод. Генерация сверхкоротких импульсов.
6. Основные типы усилительных сред и лазеров оптического диапазона частот. Твердотельные. Газовые.
7. Измерение параметров лазерного излучения. Измерение спектра излучения. Спектральные приборы: призма, дифракционная решетка. Волоконный спектрометр. ПЗС приборы. Измерение мощности, энергии: типы датчиков и принципы работы. Временной и спектральный отклик. Измерение длительности импульсного излучения: быстрые детекторы, стрик-камера. Корреляционные методы. Связь спектра и АКФ. Пространственное качество пучка. Дифракция и фокусировка гауссова пучка. Критерий М2.
8. Волоконная оптика. Полное внутреннее отражение. Распространение непрерывного излучения в оптическом волокне. Передача сигналов. Солитоны . Волоконные лазеры.
9. Периодические среды. Распространение излучения в периодических средах. Многослойные интерференционные зеркала. Полые волноводы. Микроструктурированные волокна. Фотонные кристаллы.
10. Кристаллооптика. Двулучепреломление в кристаллах. Структура световой волны. Тензор диэлектрической проницаемости. Поляризаторы и призма Глана. Полу- и четверть- волновые пластинки. Эффект Фарадея. Эффект Поккельса. Эффект Керра.
11. Оптика сверхкоротких лазерных импульсов (СИ). Линейное распространение СИ импульса. Дисперсия фазовой и групповой скоростей. Аналогия с дифракцией пучков. Преломление СИ на границе раздела. Дифракция СИ на дифракционной решетке. Фокусировка сверхкороткого импульса. Фемтохимия.
12. Фемтосекундные лазеры. Генерация сверхкороткого импульса в кристалле сапфира с титаном. Регенеративное и многопроходовое усиление. Техника усиления чирпированных импульсов, понятие о B-интеграле. Системы стретчер-компрессор
13. Основные эффекты нелинейной оптики. Самофокусировка, генерация гармоник, вынужденное рассеяние. Тензор нелинейных восприимчивостей. Порядок величин.
14. Самофокусировка световых пучков. Порог самофокусировки гауссового пучка. Филаментация фемтосекундных импульсов в газовых средах. Релятивистская самофокусировка.
15. Генерация второй гармоники в нелинейном кристалле. Понятие о групповом и фазовом синхронизмах. Особенности генерации второй гармоники сверхкоротким лазерным импульсом. ВКР и ВРМБ. Обращение волнового фронта.
16. Генерация суперконтинуума. Фазовая самомодуляция и уширение спектра. Генерация СК в среде, при филаментации, в полых и структурированных волокнах.
17. Оптическое выпрямление. Черенковское излучение СИ в среде. Терагерцы.
18. Оптоакустика. Основные механизмы генерации акустических волн лазерным импульсом: тепловой, стрикционный, деформационный. Возбуждение предельно коротких акустических импульсов.
19. Нелинейная динамика и хаос в оптических системах. Нелинейный резонанс и гистерезис. Оптическая стабильность. Самоорганизация под действием лазерного излучения. Оптическая синергетика.
20. Оптическая спектроскопия. Однородное и неоднородное уширение линии. Спектроскопия поглощения. Фурье-спектроскопия. Оптический стандарт частоты. Спектроскопия сверхвысокого разрешения.
21. Нелинейная спектроскопия. Особенности нелинейно-оптических методов. Зондирование границ раздела. Двухфотонная и многофотонная спектроскопия. Доплеровское уширение. Спектроскопия насыщения. Поляризационная спектроскопия. Спектроскопия четырехволнового смешения. КАРС.
22. Адаптивная оптика. Управление фазой поля. Биморфные зеркала. Фундус камера. Датчик Гартмана. Коррекция аберраций фемтосекундных систем.
23. Лазеры в медицине и экологии Оптическая томография. Оптический скальпель. Доплеровская диагностика тока крови. Микроскопия и спектроскопия тканей. Лидары. Гетеродинная схема приема. Дистанционное измерение концентрации газов и примесей. Терамобиль.
24. Лазерная обработка материалов. Нагрев вещества лазерным импульсом. Непрерывный и импульсный режимы. Тепловой режим. Плазменный режим. Влияние длительности, интенсивности, плотности энергии. Резка, сварка. Сверление.
25. Вещество в сильном световом поле. Атом в сильном поле. Полевая ионизация (многофотонная, туннельная, надбарьерная). Стабилизация атомов. Генерация высоких гармоник и аттосекунды. Релятивистская оптика. Оптические ускорители частиц. Ядерные процессы в оптических полях.

Составитель: д.ф.-м.н. Савельев А.Б.