|
|
 |
|
Межотраслевая Интернет-система поиска и синтеза физических принципов действия преобразователей энергии
|
Общий каталог эффектов
 | Самовоздействие волн |
 |
Самовоздействие волн
Анимация
Описание
В ограниченном световом пучке интенсивность света зависит от поперечной пространственной координаты:
/ = /(r).
Через механизм нелинейной фазировки эта зависимость переносится на фазу колебаний осцилляторов
φ = φ(r)
и, следовательно, на фазу испускаемых ими вторичных световых волн. В результате этого волновой фронт мощного светового пучка в среде искривляется, что может привести, в частности, к изменению поперечных размеров пучка, т. е. к явлениям типа самофокусировки или самодефокусировки света (рис.1).
Картина самофокусировки мощного светового пучка в нелинейной среде
Рис.1
Разумеется, нелинейный фазовый набег может зависеть не только от пространственных координат, но и от времени. В коротком световом импульсе интенсивность излучения быстро меняется во времени:
/ = /(t).
Частота и фаза колебаний осцилляторов, возбуждаемых импульсом, а также частота и фаза испускаемого осцилляторами вторичного излучения оказываются промодулированными во времени:
ω = ω(t), φ= φ(t).
Таким образом, мощный световой импульс в нелинейной среде испытывает самомодуляцию, В некоторых случаях это может приводить к значительному уширению частотного спектра импульса. Подобный эффект имеет место, например, при распространении мощного короткого лазерного импульса в оптическом волокне (рис.2).
Уширение спектра мощного светового импульса в оптическом волокне в результате эффекта самомодуляции
Рис.2
Ключевые слова
Разделы наук
Применение эффекта
Обусловленные нелинейностью показателя преломления эффекты самовоздействия универсальны — они проявляются при распространении мощного лазерного излучения в газах, жидкостях и твердых телах. Интенсивное изучение различных аспектов самовоздействий световых пучков и импульсов, стимулированное открытием самофокусировки света, было начато в середине 60-х годов. Несомненно, физика самовоздействий и по сей день один из наиболее бурно прогрессирующих разделов нелинейной оптики. Именно при исследовании самовоздействий нелинейная оптика столкнулась с проявлением сильных нелинейных эффектов — временной и пространственной бистабильностью, генерацией структур, оптической турбулентностью — генерацией световых полей, не имеющих даже отдаленных аналогов в линейной оптике.
Переход к фемтосекундному масштабу времени вызвал новый всплеск интереса к физике самовоздействий, разнообразным их приложениям. Новое появилось в традиционных разделах таких, как самофокусировка пучков и самомодуляция пакетов. Использование самовоздействий открыло новые возможности в разработке сверхбыстродействующих оптических систем обработки информации и элементов оптических компьютеров, сыграло решающую роль в получении импульсов предельно короткой длительности.
Реализации эффекта
На простом опыте можно продемонстрировать тепловое самовоздействие излучения аргонового лазера в слабопоглощающей жидкости. Схема опыта показана на рис.3. Лазерный луч проходит через кювету, заполненную спиртом, и направляется на экран. Для увеличения эффекта в спирт добавляют поглощающий лазерный свет краситель, например фуксин. В режиме малой мощности лазера на экране наблюдается пятно, размер которого определяется обычной дифракционной расходимостью лазерного пучка. При переключении лазера на полную мощность расходимость пучка и размер пятна на экране резко возрастают, что обусловлено действием тепловой (в данном случае дефокусирующей) линзы, наведенной в жидкости лазерным пучком. Самодефокусировка света вызвана тем, что поглощающая свет жидкость сильнее нагревается вблизи оси лазерного пучка, где интенсивность света максимальна. Нагревание приводит к тепловому расширению жидкости, уменьшению ее плотности и показателя пре-ломления и, в конечном счете} формирует тепловую дефокусирующую линзу, увеличивающую угловую расходимость лазерного пучка. Механизм эффекта поясняет рис.4.
Демонстрация тепловой самодефокусировки света в жидкости
Рис.1
Механизм тепловой самофокусировки света в слабопоглощающей свет жидкости: r — координата в поперечном сечении светового пучка, I — интенсивность
света, Т — температура среды, ρ — плотность среды, n — показатель преломления среды
Рис.2
Литература
1. Ахманов С.А., Никитин С.Ю. Физическая оптика - М.: Наука. 2004.
2. Ахманов С.А., Выслоух В.А., Чиркин А.С. Оптика фемтосекундных импульсов - М.: Наука. 1988.
Распространение, отражение и преломление света
Поляризация света
Интерференция света
Электрическая поляризация вещества
Электрическое поле
