Целью изучения дисциплины является формирование системы знаний основ теории полуклассической и квантовой теории нелинейных оптических эффектов, формирование первичных профессиональных навыков применения методов теории для анализа конкретных явлений нелинейной и квантовой оптики, лазерной физики.
Краткий исторический обзор. Примеры нелинейных оптических эффектов и определяющие оценки порядка физических величин. Чистые и смешанные состояния системы в квантовой механике; статистический оператор (матрица плотности); уравнение фон Неймана и его простейшие обобщения для незамкнутых диссипативных систем. Представление Гейзенберга и представление взаимодействия; уравнения движения для операторов физических величин. Полуклассический подход в теории взаимодействия атомов и молекул с излучением. Нестационарная теория возмущений. Простейшие нелинейные кинетические эффекты: истощение населенностей, насыщение переходов; нелинейное поглощение (или усиление) интенсивного света. Резонансное воздействие интенсивного когерентного света на атом. Основные примеры: задачи Раби и Торри, динамический эффект Штарка. Система уравнений Максвелла – Блоха как основа самосогласованной полуклассической теории взаимодействия излучения с веществом. Нелинейная поляризованность и нелинейные восприимчивости. “Укороченные” уравнения для комплексных амплитуд. Квантование свободного электромагнитного поля. Представление чисел заполнения. Состояния с определенным числом фотонов, когерентные состояния, квазиравновесное состояние. Однофотонные спонтанные и вынужденные переходы, вероятности; сопоставление с соответствующими результатами полуклассического подхода. Многофотонные переходы. Естественная ширина спектральных линий спонтанного испускания (приближение Вигнера - Вайскопфа). Линейная и нелинейная резонансная флуоресценция.