Учебное пособие посвящено изложению современных аспектов фотоники и нанофотоники, включая взаимодействие фемтосекундных лазерных импульсов с веществом. Рассматриваются вопросы, связанные с конфокальной и ближнеполевой сканирующей оптической микроскопией высокого разрешения, свойствами и использованием поверхностных плазмонов, перепутанными фотонными состояниями, статистическими свойствами фотонных полей, квантовыми излучателями и метаматериалами. Предназначено для студентов, специализирующихся в области физической и квантовой оптики, лазерной физики, квантовой электроники, оптоэлектроники и смежных дисциплин.

Сверхкороткие импульсы электромагнитного излучения, формируемые лазерными источниками, представляют собой интересный физический объект и являются уникальным инструментом для исследования быстропротекающих процессов в физике, химии и биологии. Фемтосекундные лазерные импульсы впервые позволили наблюдать в реальном времени динамику быстропротекающих элементарных молекулярных процессов и получить мгновенные снимки молекул и групп атомов на различных стадиях химических реакций. Для изучения динамики электронной системы внутри атомов, однако, требуются импульсы с длительностью короче одной фемтосекунды — атто-секундные импульсы. Генерация таких импульсов стала возможной на основе нелинейно-оптических взаимодействий высокоинтенсивных сверхкоротких лазерных импульсов лишь в начале XXI века. Анализ новых тенденций в развитии методов нелинейной оптики и спектроскопии, связанных со стремительным прогрессом в области генерации и усиления сверхкоротких импульсов, составляет предмет настоящей книги. Для специалистов, исследователей, инженеров, студентов и аспирантов, работающих и специализирующихся в области оптики и лазерной физики, лиц с общим физическим образованием, интересующихся вопросами нелинейной оптики.

Последовательно рассмотрен обширный круг вопросов, относящихся к физическим основам квантовой электроники оптического диапазона: способы описания оптического излучения, его когерентные и статистические свойства; элементарные процессы взаимодействия излучения с электроном (фотонная структура, вероятности процессов); вопросы физики вещества, существенные для квантовой электроники (энергетические состояния, квазичастицы, неоптические переходы, релаксационные процессы); общая картина взаимодействия излучения с веществом, включая нелинейно-оптические явления и, в частности, генерацию лазерного излучения. Показаны разные подходы и приближения. Книга рассчитана на широкий круг читателей: инженеров, работающих в области квантовой электроники или смежных областях, а также преподавателей и студентов технических вузов.

Популярно рассказано о роли лазеров в современном мире, о достигнутых успехах лазерной техники и надеждах, которые связывают с ее развитием. Рассмотрены различные применения лазеров: для обработки материалов, в медицине, локации, измерительной технике, системах связи, для обработки и хранения информации, в системах контроля, для разделения изотопов, решения проблемы управляемого термоядерного синтеза. Кроме того, изложены основы физики работы лазера и управления лазерным излучением, новые направления современной оптики (голография, нелинейная оптика, волоконная оптика, адаптивная отика); приведены исторические сведения и даны многочисленные примеры отечественных лазеров и лазерных установок. Для школьников, преподавателей, студентов, лекторов.