ПРЕДИСЛОВИЕ

За последние 15 лет техника измерения коротких интервалов времени претерпела период бурного развития (рис. 1). Этому прогрессу способствовало создание лазерных источников света, излучающих мощные импульсы длительностью порядка пикосекунд, и конструирование измерительных установок, основанных на квантовой электронике и нелинейной оптике. Таким образом, появилась возможность непосредственного изучения физических, химических и биологических процессов длительностью от до с, которые прежде считались «нена-блюдаемо короткими». Это позволило получить представление об элементарных процессах и развить теорию состоящих из них более сложных процессов. На основе полученных знаний удалось оказывать целенаправленное влияние на ход фотофизических и фотохимических процессов. Кроме того, применяя лазеры, генерирующие ультракороткие импульсы, удалось построить исключительно быстродействующие структурные элементы, такие, например, как переключатели, модуляторы и приемники.

Продолжающееся быстрое развитие пикосекундных лазеров и их применение в различных новых областях вызвало появление огромного числа публикаций в этой области исследований. Ориентация и освоение проблемы затрудняются еще тем, что в мировой литературе имеется мало соответствующих монографий и почти отсутствуют книги, которые могли бы служить учебниками.

Предлагаемая книга, основанием для которой послужила наша учебная и исследовательская деятельность в университете им. Фридриха Шиллера в йене, имеет целью восполнить указанный пробел. При этом речь идет не о монографическом совершенстве, а в первую очередь о том, чтобы дать введение в основы новой области, описать применяемые в ней специфические экспериментальные и теоретические методы, а также привести типичные примеры применений и наметить тенденции развития. Наша книга обращена к естествоиспытателям, особенно к физикам, химикам и биологам, а также к инженерам и студентам соответствующих отраслей. Мы хотели бы достичь того, чтобы после изучения книги читатель мог без труда пользоваться оригинальной литературой и получил стимул для самостоятельных размышлений и исследовательских работ. Для

этой цели мы отсылаем читателя также к специальной литературе, относящейся к проблеме в целом и к отдельным разделам книги.

Книга предполагает наличие у читателя общих знаний в области экспериментальной физики, и в частности по оптике и атомной физике.

Рис. 1. Уменьшение минимальных непосредственно измеренных интервалов времени или длительности наиболее коротких экспериментально полученных импульсов за последние столетия. Особо выделена часть графика, иллюстрирующая успехи, достигнутые при генерации ультракоротких световых импульсов за последние 15 лет. (По [16], [28].) 1 — твердотельный лазер; 2 — параметрическое преобразование; 3 — лазер на красителе; 4 — сжатие импульса.

Более глубокие теоретические знания понадобятся при чтении п. 1.3.2 и тех разделов, в которых рассматривается теория генерации ультракоротких световых импульсов лазерами различных типов (разд. 4.2; 5.2; 6.2 и 7.2). Менее интересующиеся теоретическими вопросами читатели могут эти разделы при первом чтении пропустить.

Книга начинается с трех глав вводного характера, содержание которых достаточно просто. В гл. 1 излагаются основы взаимодействия между атомными системами и световыми импульсами с учетом релаксационных процессов. Гл. 2 содержит некоторые общие основы лазерной физики; в ней представлен также основной принцип генерации ультракоротких световых импульсов. В гл. 3 описаны методы измерения параметров ультракоротких световых импульсов. В ней приведены также типовые измерительные устройства, используемые в различных

применениях. При этом особое внимание обращено на обсуждение физических и технических пределов разрешения.

Читатели, уже обладающие знаниями основ взаимодействия света с атомными системами, а также знакомые с физикой лазеров непрерывного действия и техникой измерения коротких промежутков времени, могут эти главы просто пролистать.

Главную часть предлагаемой книги составляют гл. 4—7, в которых описаны различные методы синхронизации мод. Каждая глава начинается с раздела, содержащего простую трактовку рассматриваемого вопроса. Затем следует систематическая теория работы лазера, излучающего ультракороткие световые импульсы, причем особое внимание обращено на определение оптимальных условий и расчет параметров, которые могут быть измерены. Заканчивается глава представлением типичных экспериментальных результатов, которые сравниваются с теорией.

В гл. 8 обсуждаются некоторые возможности преобразования частот ультракоротких световых импульсов с помощью методов нелинейной оптики, а также описаны методы укорочения импульсов. Наконец в гл. 9 дан обзор типичных методов и применений спектроскопии со сверхвысоким временным разрешением.

Чтение книги облегчается благодаря тому, что для справок можно пользоваться приведенной вначале сводкой обозначений и символов.

Авторы признательны проф. И. Гертцу, проф. Г. Веберу, д-рам Д. Шуберту, Ф. Вайднеру и канд. физ. наук У. Штамму за ценные дискуссии и указания. Мы благодарим издательство «Академи Ферлаг» и особенно его редактора, дипломированного физика У. Гейльманн, а также наборный цех и типографию за приятную совместную работу и хорошее исполнение.

Йоахим Херман Бернд Вильгельми

ОБОЗНАЧЕНИЯ И СИМВОЛЫ

(см. скан)

(см. скан)

(см. скан)