Электромагнитная природа света. Теория Максвелла (12). Опыты Герца (13). Уравнения Максвелла (14). Волновое уравнение (16). Плоская волна (17). Сферическая волна (18). Модулированные волны и излучение реальных источников света (19). Спектральное разложение светового поля (25). Принцип суперпозиции (27). Литература (28).

Поперечность световой волны (29). Состояние поляризации плоской гармонической волны. Эллиптическая, круговая, линейная поляризации (30). Немонохроматический свет. Естественная поляризация (38). Экспериментальные методы измерения поляризации (39). Литература (46).

Поток энергии в световой волне. Интенсивность света (47). Световые пучки и импульсы: энергия, мощность, интенсивность (51). Концентрация световой энергии во времени и в пространстве (53). Основные понятия фотометрии (54). Литература (58).

Импульс световой волны (59). Измерение светового давления. Опыты Лебедева (62). Световое давление на классический атом (63). Момент импульса световой волны (65). Фотон (67). Оптическое охлаждение (68). Литература (69).

Астрономические наблюдения (72). Измерения скорости света в земных условиях (73). Опыты Физо (75). Опыты Майкельсона (77). Современные методы измерения скорости света. Эталоны времени и длины (78). Литература (79).

Оптический нагрев поглощающей среды (80). Быстрый нагрев поверхности металла лазерным импульсом (81). Лазерный отжиг полупроводников (83). Светореактивное давление (86). Лазерное сверхсжатие вещества. Физические принципы лазерного термоядерного синтеза (86). Литература (87).

Световое давление в лазерных пучках (89). Оптическая левитация малых прозрачных частиц. Опыты Эшкина (90). Оптическая ловушка (90). Элементы теории оптической левитации (91). Геометрия отражения и преломления (92). Энергетика отражения и преломления (94). Формулы Френеля (95). Силы светового давления (97). Световое давление вдоль пучка (99). Световое давление поперек пучка (101). Численные оценки (102). Литература (103).

Метод спектральных разложений (104). Периодические функции. Ряд Фурье. Дискретный спектр (104). Спектральные амплитуды и фазы (106). Непериодические функции. Интеграл Фурье. Сплошной спектр (106). Отрицательные частоты (109). Комплексная запись (109). Косинус-преобразование Фурье (111). Примеры (111). Связь между длительностью импульса и шириной спектра (112). Спектр гармонического колебания (114). Дельта-функция и её свойства (114). Дельтаобразный импульс (115). Полная и неполная спектральная информация. Спектральная плотность (116). Равенство Парсеваля (117). Литература (118).

Цитаты из оригинальных работ Галилея, Максвелла, Майкельсона, Герца (119). Литература (124).

Опыт Герца (128). Атом как элементарный источник света (128). Классическая модель атома (129). Излучение заряда. Условия излучения (130). Расчёт поперечной компоненты поля (132). Строгое решение задачи об излучении диполя (133). Гармонические колебания диполя (134). Полная мощность излучения диполя (135). Радиационное затухание (136). Литература (138).

От динамики осциллятора к статистике ансамбля (139). Нелазерный источник света: интенсивность, поляризация, диаграмма направленности излучения (139). Статистика излучения независимых осцилляторов (142). Спектр излучения (144). Механизмы уширения спектральной линии (146). Естественное уширение (146). Доплеровское уширение (148). Уширение и сдвиг спектральной линии, обусловленные столкновениями (150). Эффект Дики: столкновительное сужение доплеровской спектральной линии в плотном газе (151). Литература (155).

Поглощение света осциллятором и ансамблем осцилляторов (156). Закон Бугера (159). Спектроскопия поглощения (161). Уменьшение фазовой скорости света в среде. Показатель преломления (162). Неоднородный ансамбль осцилляторов (166). Однородная и неоднородная ширина спектра (167). Возбуждение коротким импульсом. Релаксация энергии и дефазировка (168). Принципы частотной и временной спектроскопии (169). Литература (175).

Модель нелинейного осциллятора (176). Метод возмущений (177). Осциллятор с квадратичной нелинейностью. Генерация второй оптической гармоники (178). Осциллятор с кубичной нелинейностью. Зависимость частоты колебаний от амплитуды (178). Фазировка осциллятора внешним нолем (180). Эффекты самовоздействия света: самофокусировка световых пучков, самомодуляция импульсов (181). Генерация третьей оптической гармоники (182). Нелинейный резонанс и гистерезис. Оптическая бистабильность (182). Параметрическая генерация света. Параметрический резонанс (184). Комбинационное рассеяние света. Модель нелинейно связанных осцилляторов (187). Неоднородный ансамбль нелинейных осцилляторов. Световое эхо (191). Литература (194).

Основные опытные факты. Методы исследования теплового излучения (195). Излучательная и поглощательная способность тел (196). Равновесное тепловое излучение (198). Закон Кирхгофа (198). Спектральная плотность равновесного теплового излучения (201). Термодинамика равновесного теплового излучения (202). Формула Рэлея-Джинса (207). «Ультрафиолетовая катастрофа» (208). Формула Планка (208). Необходимость квантовых представлений (208). Законы теплового излучения (211). Закон Стефана-Больцмана (211). Закон смещения Вина (212). Примеры (213). Литература (215).

Квантовые свойства атомов. Постулаты Бора (216). Световые кванты (216). Спонтанное и вынужденное излучение в квантовой системе (219). Принцип действия и устройство лазера (221). Характеристики лазерного излучения (229). Генерация сверхкоротких световых импульсов (230). Литература (236).

Потенциалы электромагнитного поля (237). Излучение точечного заряда (239). Излучение диполя в дальней зоне (243). Излучение ротатора (246). Излучение квадруполя (248). Электрическое поле заряда, движущегося прямолинейно и равномерно (253). Литература (256).

Случайные события и вероятность (257). Случайная величина (258). Дискретные случайные величины (258). Статистическое среднее и среднее арифметическое (261). Распределение Пуассона (262). Непрерывные случайные величины (262). Плотность вероятности (263). Распределение Гаусса (264). Центральная предельная теорема (265). Двумерная плотность вероятности (265). Преобразование распределений вероятности (266). Литература (267).

Случайный процесс (268). Плотность вероятности, среднее значение и дисперсия случайного процесса (270). Двумерная плотность вероятности и корреляционная функция случайного процесса (270). Стационарные случайные процессы (270). Среднее значение, дисперсия и корреляционная функция стационарного случайного процесса (271). Многомерная плотность вероятности и многомерные корреляционные функции (273). Статистическое усреднение и усреднение по времени (274). Спектры случайных процессов (276). Связь спектральной плотности и корреляционной функции стационарного случайного процесса. Теорема Винера-Хинчина (278). Преобразование шума линейной системой (281). Литература (281).

Модель Томсона (282). Модель Бора (283). Литература (286).

Двухуровневая система (287). Состояние квантовой системы (287). Физические величины и операторы (288). Измеряемые величины (288). Уравнение Шредингера (289). Гамильтониан (289). Изолированный атом (289). Частица в потенциальной яме (290). Гармонический осциллятор (290). Атом в переменном внешнем поле (292). Матрица плотности (293). Уравнение для матрицы плотности (294). Учёт релаксации (296). Двухуровневая система в резонансном внешнем поле (296). Система уравнений для поляризации, населённостей и поля (298). Двухуровневая квантовая система и классический осциллятор (299). Литература (300).

Цитаты из оригинальных работ Планка и Меймана (301). Литература (304).

Интерференционные явления в оптике (306). Опыт Юнга (307). Интерферометр Майкельсона (309). Интерференция монохроматических волн (309). Интерференция немонохроматического света (315). Интерференция случайной световой волны (317). Многолучевая интерференция (323). Интерферометр Фабри-Перо (326). Собственные моды и добротность лазерного резонатора (329). Литература (331).

Временная когерентность света. Время когерентности. Длина когерентности (332). Пространственная когерентность света и радиус когерентности (335). Модель случайного светового поля (335). Расчёт интерференционной картины в интерферометре Юнга (337). Измерение когерентности. Когерентность излучения реальных источников света (340). Литература (346).

Дифракция как проявление волновой природы света. Основные опытные факты (347). Опыт Гримальди (348). Принцип Гюйгенса (349). Принцип Гюйгенса-Френеля (349). Дифракционный интеграл Френеля (350). Зоны Френеля (353). Построение дифракционных картин графическим способом (356). Дифракция на краю экрана (360). Дифракционная длина светового пучка. Ближняя и дальняя зоны дифракции (366). Дифракционная расходимость пучка в дальней зоне (368). Фокусировка света как дифракционное явление (370). Теория дифракции Кирхгофа (371). Литература (377).

Приближение Френеля в теории дифракции (378). Интегралы Френеля и спираль Корню (380). Дифракция Френеля на одномерных структурах (380). Дифракция на краю экрана (380). Дифракция на щели (382). Дифракция Френеля на двумерных структурах (385). Дифракция на квадратном отверстии (385). Дифракция на круглом отверстии (386). Дифракция гауссова пучка (389). Литература (390).

Формирование устойчивой картины дифракции в дальней зоне (391). Дифракция Фраунгофера как пространственное преобразование Фурье (393). Дифракция Фраунгофера на одномерных структурах. Дифракция на щели (395). Дифракция Фраунгофера на двумерных структурах (397). Дифракция на прямоугольном отверстии (399). Дифракция на круглом отверстии (400). Дифракция гауссова пучка (403). Литература (404).

Дифракционные решётки (405). Физика дифракции света на решётке (405). Уравнение дифракционной решётки (406). Математическое описание дифракции плоской волны на решётке (413). Синусоидальная решётка (414). Ограниченная синусоидальная решётка (414). Прямоугольная амплитудная решётка (415). Дифракция на двумерных периодических структурах (418). Дифракция на трёхмерных периодических структурах. Дифракция рентгеновских лучей в кристаллах (421). Рентгеновский структурный анализ (423). Литература (424).

Спектральное описание пространственной структуры поля (426). Линза как элемент, выполняющий пространственное преобразование Фурье (430). Формирование оптического изображения. Теория Аббе (434). Опыты Аббе-Портера (436). Метод тёмного поля (438). Метод фазового контраста (439). Разрешающая способность микроскопа и телескопа (441). Голография. Запись и восстановление светового поля (444). Дифракционная решётка и интерферометр Фабри-Перо как спектральные приборы. Разрешающая способность и область дисперсии (446). Фурье-спектроскопия (452). Спектроскопия оптического смешения (452). Литература (454).

Зонная пластинка Френеля (456). Растровая фокусирующая оптика (458). Тонкая сферическая линза (459).

Параболическое уравнение. Приближение квазиоптики (462). Решение параболического уравнения (463). Распространение и дифракция гауссова пучка (464). Фокусировка гауссова пучка (467). Размеры фокальной области линзы (468). Критерия применимости приближения квазиоптики (469). Литература (470).

Цитаты из оригинальных работ Габора, ЛеЙта и Упатниекса (471). Литература (473).

Модель сплошной среды. Уравнения Максвелла (476). Материальные уравнения (476). Классификация сред (479). Плоская монохроматическая световая волна в линейной однородной изотропной среде (480). Комплексная диэлектрическая проницаемость, линейная оптическая восприимчивость и комплексный показатель преломления среды (481). Классическая осцилляторная модель среды (485). Литература (487).

Дисперсия и поглощение света в линейной изотропной среде (488). Факты, подтверждающие теорию дисперсии Лоренца (493). Методы изучения дисперсии и поглощения света. Оптическая спектроскопия (498). Распространение светового импульса в диспергирующей среде (501). Литература (510).

Отражение и преломление света на границе раздела (511). Граничные условия для электромагнитного поля (512). Геометрия отражения и преломления. Закон Снеллиуса (513). Полное внутреннее отражение (514). Энергетика отражения и преломления. Формулы Френеля (515). Эффект Брюстера (519). Изменение фазы световой волны при отражении и преломлении (521). Отражение света при нормальном падении (521). Просветление оптики (522). Отражение света при наклонном падении (523). Отражение света от поверхности металла (524). Литература (526).

Анизотропные материалы. Основные эффекты кристаллооптики (527). Структура световой волны в анизотропном кристалле (529). Материальное уравнение анизотропной среды (531). Классификация кристаллов (535). Собственные состояния поляризации световой волны в анизотропном кристалле (536). Обыкновенная и необыкновенная волны (541). Двойное лучепреломление света на границе с анизотропной средой (545). Получение и анализ поляризованного света (549). Интерференция поляризованных лучей (556). Наведенная анизотропия (557). Литература (559).

Основные эффекты нелинейной оптики. Механизмы оптической нелинейности (560). Нарушение принципа суперпозиции для сильных световых волн в среде (565). Материальное уравнение нелинейной среды (566). Нелинейная поляризация (568). Нелинейная восприимчивость (569). Классическая модель нелинейной среды — ансамбль нелинейных осцилляторов (572). Оптическое детектирование (578). Литература (578).

Генерация второй оптической гармоники (581). Вынужденное комбинационное рассеяние света (591). Самофокусировка света (598). Литература (601).

Литература (604).

Предельно короткие импульсы света и сверхсильные световые поля (605). Генерация фемтосекундных световых импульсов (606). Новое поколение твердотельных фемтосекундных лазеров (611). Фемтосекундные технологии (611). Фемтосекундные лазерные импульсы в спектроскопии (612). Управление амплитудой и фазой молекулярных колебаний с помощью фемтосекундных лазерных импульсов (616). Новые направления исследований (625). Литература (630).

Самоорганизация светового поля в нелинейных системах с обратной связью (633). Оптическая синергетика (637). Оптическое моделирование нейронных сетей (638). Литература (640).

Цитаты из оригинальных работ Франкена, Бломбергена, Ахманова, Хохлова (641). Литература (646).