Список обозначений .............................................. 7
Предисловие ..................................................... 9
Введение ....................................................... 11

Глава 1. КВАНТОВАЯ ТЕОРИЯ ЛАЗЕРА ............................... 13
1.1  Скоростные уравнения ...................................... 13
     1.1.1  Вывод скоростных уравнений ......................... 13
     1.1.2  Порог генерации лазера, «выход» фотонов ............ 15
     1.1.3  Релаксационные (пичковые) колебания ................ 16
     1.1.4  Применимость скоростных уравнений .................. 17
1.2  Уравнения Максвелла - Блоха ............................... 18
     1.2.1  Полуклассическая теория лазера без формул .......... 18
     1.2.2  Приближение медленно меняющихся амплитуд ........... 19
     1.2.3  Уравнения Максвелла-Блоха .......................... 20
     1.2.4  Одномодовые уравнения Максвелла - Блоха ............ 23
     1.2.5  Стационарная лазерная генерация .................... 28
     1.2.6  Классификация лазеров .............................. 29
     1.2.7  Сведение уравнений Максвелла - Блоха к скоростным
            уравнениям ......................................... 31
     1.2.8  Область применимости полуклассической теории ....... 32
     1.2.9  Заключение  ........................................ 32
1.3  Уравнения Гейзенберга - Ланжевена ......................... 34
     1.3.1  Зачем нужна квантовая теория лазера? ............... 34
     1.3.2  Гамильтониан и основные уравнения лазера ........... 35
     1.3.3  Квантовые шумы и потери ............................ 38
     1.3.4  Форма спектральной линии лазера .................... 43

Глава 2. ПЛАЗМОНИКА И МЕТАОПТИКА ............................... 49
2.1  Введение .................................................. 49
2.2  Квазистатические (локализованные) плазмоны от Ленгмюра
     до Фереля ................................................. 50
     2.2.1  Частота плазмонного резонанса ...................... 50
     2.2.2  Описание плазмонного резонанса в терминах
            диэлектрической проницаемости ...................... 52
     2.2.3  Мультипольные резонансы плазмонной частицы ......... 54
     2.2.4  Плазмонный резонанс в системе частиц (плазмонная
            нанолинза) ......................................... 56
     2.2.5  Пространственное распределение энергии поля
            в условиях плазмонного резонанса ................... 58
     2.2.6  Решение Фереля для плазмона на тонкой пленке ....... 61
     2.2.7  Усиление поля в безапертурном SNOMe ................ 63
2.3  Эффекты запаздывания (делокализованные плазмоны) .......... 67
     2.3.1  Поверхностные моды (история вопроса) ............... 68
     2.3.2  Распространение поверхностной волны вдоль раздела
            сред с отрицательной и положительной
            диэлектрическими проницаемостями ................... 68
     2.3.3  Распространение плазмона вдоль металлической
            пленки, окруженной диэлектриком: система
            «диэлектрик-металл-диэлектрик» (ДМД) ............... 77
     2.3.4  Распространение поверхностной волны вдоль слоя
            диэлектрика, окруженного металлом: система
            «металл-диэлектрик-металл» (МДМ) ................... 79
     2.3.5  Поверхностные моды, распространяющиеся вдоль
            цилиндрической поверхности ......................... 83
     2.3.6  Плазмонная антенна ................................. 86
     2.3.7  Линии передач на поверхностных модах в канавке ..... 89
2.4  Передача энергии ближними полями .......................... 95
     2.4.1  Перенос энергии ближними полями вдоль плазмонных
            линий передач ...................................... 96
     2.4.2  Среда Веселаго .................................... 100
     2.4.3  Идеальные линзы Веселаго и Пендри ................. 102
     2.4.4  Влияние потерь на изображение, формируемое
            линзой Пендри ..................................... 107
     2.4.5  Плазмонные фотонные кристаллы ..................... 111

Глава 3. СПАЗЕРЫ .............................................. 117
Введение ...................................................... 117
3.1  Классическая модель спазера. «Toy model» ................. 121
     3.1.1  Описание усиливающей среды с помощью
            диэлектрической проницаемости ..................... 121
     3.1.2  Точное решение для «Toy model» спазера -
            покрытое плазмонной оболочкой ядро из
            усиливающей среды ................................. 126
     3.1.3  Магнитооптический спазер .......................... 137
3.2  Элементарные процессы квантовой плазмоники ............... 142
     3.2.1  Квантование плазмонов ............................. 142
     3.2.2  Взаимодействие KT с дипольным плазмоном НЧ ........ 148
     3.2.3  Многомодовая релаксация возбужденной KT
            вблизи плазмонной сферы с диэлектрической
            проницаемостью .................................... 151
     3.2.4  Спектр резонансной флуоресценции ДУС .............. 157
     3.2.5  Парселл-фактор .................................... 160
3.3  Полуклассическая теория спазера .......................... 168
     3.3.1  Стационарные решения, бифуркация Хопфа ............ 168
     3.3.2  Осцилляции Раби в спазере ......................... 170
     3.3.3  Спазер в поле внешней оптической волны,
            синхронизация спазера, язык Арнольда .............. 175
     3.3.4  Компенсация потерь выше порога спазирования ....... 182
     3.3.5  Компенсация потерь ниже порога спазирования ....... 185
     3.3.6  Бистабильность спазера ............................ 194
3.4  Коллективные эффекты в системе спазеров .................. 198
     3.4.1  Теория спазера с двумя квантовыми точками ......... 198
     3.4.2  Синхронизация двух спазеров ....................... 206
     3.4.3  Гармоническая плазмонная автоволна в линейке
            спазеров .......................................... 209
     3.4.4  Оптическая бистабильность цепочки спазеров:
            волны переключения и структуры .................... 217
     3.4.5  Плазмонные планарные лазеры ....................... 220
     3.4.6  Плазмонные лазеры с распределенной обратной
            связью ............................................ 236
     3.4.7  Плазменное лазирование в режиме «остановленного»
            света ............................................. 238
     3.4.8  Фазированная решетка спазеров ..................... 241
3.5  Спазерная спектроскопия .................................. 255
3.6  Квантовые флуктуации в спазере ........................... 262
     3.6.1  Влияние наночастицы на спектр резонансной
            флуоресценции. Учет квантовых флуктуации
            ближнего поля наночастицы ......................... 262
     3.6.2  Влияние квантовых флуктуации на порог генерации
            спазера ........................................... 272
     3.6.3  Второй порог генерации для распределенного
            и субволнового спазеров ........................... 282
     3.6.4  Превалирование когерентного отклика ближнего
            поля над некогерентным при компенсации потерь ..... 287

Приложение 1. ОСЦИЛЛЯЦИИ РАБИ И СКОРОСТЬ СПОНТАННОГО
     ИЗЛУЧЕНИЯ ................................................ 295
Приложение 2. ИЗЛУЧЕНИЕ ДУС В СВОБОДНОМ ПРОСТРАНСТВЕ.
     ТЕОРИЯ ВАЙСКОПФА-ВИГНЕРА ................................. 308
Приложение 3. ТЕОРЕМА ВИНЕРА-ХИНЧИНА ДЛЯ СПЕКТРА ИЗЛУЧЕНИЯ.
     СТАНДАРТНЫЙ ВАРИАНТ ТЕОРЕМЫ ВИНЕРА-ХИНЧИНА ............... 313
Приложение 4. КВАНТОВАЯ ТЕОРЕМА РЕГРЕССИИ ..................... 318
Приложение 5. ФОТОННЫЕ КРИСТАЛЛЫ .............................. 321
Приложение 6. ЗАВИСИМОСТЬ МОДУЛЯЦИИ СПАЗЕРА ОТ ЧАСТОТЫ
     МОДУЛЯЦИИ НАКАЧКИ ........................................ 324
Приложение 7. ПЕРЕХОД К МЕДЛЕННЫМ АМПЛИТУДАМ ПРИ НАЛИЧИИ
     ВРЕМЕННОЙ ДИСПЕРСИИ ДИЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ПРОНИЦАЕМОСТИ ........ 328
Приложение 8. ФАКТОР ПАРСЕЛЛА ДЛЯ ДИПОЛЯ, НАХОДЯЩЕГОСЯ
     ВБЛИЗИ ПЛАЗМОННОЙ НАНОЧАСТИЦЫ ............................ 330
Задачи для самостоятельного решения ........................... 337
Список литературы ............................................. 346