1 Grundprinzipien des Lasers Licht im Hohlraum Atome im Laserfeld Ratengleichungen Lichtverstärkung 13

Transkript

1 1 Grundprinzipien des Lasers Licht im Hohlraum Atome im Laserfeld Ratengleichungen Lichtverstärkung Strahlungstransport* Lichterzeugung mit Lasern 19 Aufgaben 22 Lösungen 27 2 Grundgleichungen der klassischen Elektrodynamik Mikroskopische Maxwell-Gleichungen Wellengleichung und Potentiale Makroskopische Maxwell-Gleichungen Lorentz-Kraft Feldenergie und Feldimpuls 50 Aufgaben 54 Lösungen 60 3 Wellen im Medium Dielektrizitätsfunktion Komplexe Darstellung der Felder* Ebene Wellen im homogenen Medium Polarisationsvektoren Wellenenergie 87 Aufgaben 92 Lösungen 97

2 X 4 Laserpulse Fourier-Transformation* Fourier-Darstellung von Laserpulsen Randwertprobleme* Envelope und Chirp Envelopengleichung Gauß-Pulse Vorläufer* Tunneln von Laserpulsen 132 Aufgaben 134 Lösungen Lichtstrahlen und Resonatormoden Geometrische Optik Paraxiale Strahlen Laserresonatoren Gauß-Strahlen Paraxiale Wellengleichung 170 Aufgaben 171 Lösungen Inhomogene Medien Eben geschichtete Medien WKB-Näherung* Stokes-Gleichung* Resonanzabsorption Fresnel-Formeln 204 Aufgaben 217 Lösungen Klassisches Lorentz-Modell Polarisierbarkeit Dispersion 237

3 XI 7.3 Anregung des ungedämpften Oszillators Anregung des gedämpften Oszillators Dipolstrahlung Lichtstreuung Strahlungsdämpfung Druckverbreiterung Doppler-Verbreiterung 259 Aufgaben 262 Lösungen Hamilton-Mechanik elektrischer Ladungen Hamilton-Prinzip Bewegungsgleichungen Teilchenbewegung in einer elektromagnetischen Welle* Oszillation um das Schwingungszentrum Drift des Schwingungszentrums 286 Aufgaben 289 Lösungen Grundlagen der Quantenmechanik Grundpostulate der Quantenmechanik* Zeitentwicklung von Quantensystemen Ortsdarstellung und Wellenmechanik Vertauschungsrelationen Schrödinger- und Heisenberg-Bild Wechselwirkungsbild Ehrenfest-Theorem Semiklassische Licht-Materie-Wechselwirkung Quantensysteme im klassischen Strahlungsfeld Potentiale in der Quantenmechanik Impuls-und Energiesatz* Dipolnäherung 320

4 XII 10.5 Volkov-Zustände Kramers-Henneberger-System 323 Aufgaben 325 Lösungen Quantenmechanisches Lorentz-Modell Harmonischer Oszillator Stationäre Zustände Klassisches mikrokanonisches Ensemble Kohärente Zustände Verschiebungsoperator Angeregter harmonischer Oszillator Einsteinsche Ratengleichungen des harmonischen Oszillators 353 Aufgaben 355 Lösungen Atome im Laserfeld Zeitabhängige Störungstheorie Monochromatische Störung Kramers-Heisenberg Streuformel Polarisierbarkeit und Dispersion Rayleigh-Streuung Raman-Streuung Übergänge im Strahlungsfeld einer Mode Übergänge im Strahlungsfeld mit kontinuierlichem Spektrum Übergänge im Strahlungsfeld mit diskretem Spektrum* Einstein-Koeffizienten Starke Laserfelder 395 Aufgaben 399 Lösungen Zweiniveausysteme Optische Zweiniveausysteme 411

5 XIII 13.2 Rabi-Oszillationen Resonanzfluoreszenz Bloch-Vektor Optisches Bloch-Modell Statistische Ensembles Bloch-Gleichungen mit Dämpfung Freier Induktionszerfall und Photon-Echo Statistischer Operator Dichtematrix-Gleichungen Populationsmatrix Ensemble mit Phasenrelaxation Ensemble mit Anregungsprozessen 451 Aufgaben 453 Lösungen Semiklassische Lasertheorie Quasistatisches Gleichgewicht Sättigung und Leistungsverbreiterung Normalmodenentwicklung Feldgleichungen des Einmodenlasers Laserschwelle und stationäre Laserstrahlung Quantisierung des freien Strahlungsfelds Hamilton-Prinzip für klassische Felder Quantisierung stehender Wellen Normalmodenentwicklung nach fortschreitenden Wellen Quantisierung fortschreitender Wellen Vergleich zwischen stehenden und fortschreitenden Wellen* Energie und Impuls: Photonen Quantenzustände des Strahlungsfelds Fock-Zustände Kohärente Zustände 498

6 XIV 17.3 Strahlung im thermischen Gleichgewicht Strahlungsfeld mit klassischer Anregung Atome im quantisierten Feld Hamilton-Operator der Licht-Atom-Wechselwirkung Übergangsraten für Absorption und Emission A-Koeffizient der spontanen Emission Zweiniveausystem im quantisierten Einmodenfeld Weisskopf-Wigner Theorie der spontanen Emission Optische Kohärenz Grundbegriffe der Statistik* Zeitliche Kohärenz Wiener-Khintchine-Theorem Räumliche Kohärenz Van Cittert-Zernike-Theorem Kohärenzfunktionen höherer Ordnung Photonenstatistik 543 Aufgaben 546 Lösungen 548 Literaturverzeichnis 555 Sachregister 557 *) Abschnitt mit vorwiegend einführendem oder ergänzendem Inhalt