Експериментальний метод дослідження локалізації та зміни характеристик розсіяного світла уздовж осі ВКР-активного середовища. Визначення основних локальних параметрів розсіяного випромінювання уздовж траси фокальних областей у самофокусуючих рідинах.
Аннотация к работе
· вперше шляхом прямих експериментальних досліджень на прикладі толуолу доведено, що в типових самофокусуючих рідинах ВКР локалізоване в фокальних областях збуджуючого випромінювання, а розподіл інтенсивності розсіяного світла уздовж осі нелінійно-оптичного середовища безпосередньо звязаний з рухом цих областей. · На основі детального зіставлення експериментальних і розрахункових даних вперше встановлено, що у самофокусуючих середовищах вирішальну роль у формуванні індикатриси параметричних ВКР-компонент відіграє, насамперед, висока ефективність перетворення самофокусованого лазерного випромінювання у першу стоксову (1s) компоненту в фокальних областях, завдяки чому подовжній розмір області існування наведеної нелінійної поляризації істотно менший за розмір самої фокальної області. Результати роботи мають важливе значення для розвитку фізичних засад нелінійної оптики і квантової радіофізики, а тому можуть бути покладені в основу нових наукових та прикладних напрямків: - черенковської спектроскопії, що базується на явищі випромінювання черенковського типу від хвиль нелінійної поляризації і дає змогу отримувати важливу інформацію про середовище, амплітуду наведеної нелінійної поляризації та її швидкість; Розроблена теорія (Луговий В. М., Клишко Д. М.) здебільшого прогнозує значення кутів переважного випромінювання у широких межах: від нульового до подвійного значення кутів, характерних для випромінювання класу І, однак не дає конкретного вигляду залежності цих кутів від реальних експериментальних умов або параметрів самофокусуючого середовища. У такій схемі відрізок траси АВ, що випромінює під кутом q до оптичної осі, зобразиться у площині реєстрації відрізками АУВУ, довжина яких однозначно звязана з довжиною відрізка траси АВ, відстань до осі - з місцеположенням випромінюючої області, а азимутальний кут - з кутом q.Зокрема, розроблений метод просторової фільтрації кутових спектрів ВКР-випромінювання та оптична схема для його реалізації на основі телескопічного просторового фільтра, який у кожній азимутальній площині, що містить твірні кута розсіяння, пропускає випромінювання лише з певним напрямком хвильового вектора. Завдяки просторовій та часовій роздільній здатності методу вирішені проблеми: а) прямих експериментальних досліджень локалізації центрів розсіяння уздовж осі самофокусуючого нелінійно-оптичного середовища у випадку збудження ВКР лазерним пучком з розбіжністю близькою до дифракційної; б) визначення локальних параметрів частотно-кутової структури розсіяного випромінювання та ідентифікації внесків різних фізичних механізмів у її формування; в) визначення початкового радіуса та потужності самофокусованої частини випромінювання, необхідних для порівняльного теоретичного аналізу. Виявлено, що інтенсивність розсіяного світла наростає у міру просування фокусів вглиб середовища та досягає свого максимуму у точках стояння фокальних областей, які відповідають вершині лазерного імпульсу і ближче від яких до вхідної межі середовища розсіяння відсутнє. Встановлено, що на більшій частині траси руху фокусів, прилеглої до вихідної межі середовища, значення кутів переважного випромінювання параметричних ВКР-компонент залишаються майже незмінними, але існує тенденція до їх зменшення з наближенням до точки стояння фокальних областей, в околі ж цієї точки розсіяння є, зазвичай, дифузним. Встановлено, що вирішальне значення щодо формування індикатриси параметричних компонент в умовах СФ має насамперед висока ефективність перетворення лазерного випромінювання у 1s-компоненту в фокальних областях.
Вывод
Результатом дисертаційної роботи є вирішення таких найважливіших наукових задач.
1. Систематизовані існуючі на момент виконання роботи уявлення про фізичні механізми формування частотно-кутової структури ВКР-випромінювання у самофокусуючих середовищах.
На основі порівняльного аналізу робіт, виконаних багатьма авторами, показана суперечливість і недостатність цих уявлень, зокрема щодо переважної ролі СФ основної чи стоксової компоненти.
2. Створена експериментальна установка для комплексних досліджень ВКР з оригінальними елементами устаткування. Запропоновані та реалізовані нові експериментальні методи досліджень.
Зокрема, розроблений метод просторової фільтрації кутових спектрів ВКР-випромінювання та оптична схема для його реалізації на основі телескопічного просторового фільтра, який у кожній азимутальній площині, що містить твірні кута розсіяння, пропускає випромінювання лише з певним напрямком хвильового вектора. Завдяки просторовій та часовій роздільній здатності методу вирішені проблеми: а) прямих експериментальних досліджень локалізації центрів розсіяння уздовж осі самофокусуючого нелінійно-оптичного середовища у випадку збудження ВКР лазерним пучком з розбіжністю близькою до дифракційної; б) визначення локальних параметрів частотно-кутової структури розсіяного випромінювання та ідентифікації внесків різних фізичних механізмів у її формування; в) визначення початкового радіуса та потужності самофокусованої частини випромінювання, необхідних для порівняльного теоретичного аналізу.
3. Експериментально зясований вплив СФ на просторову локалізацію ВКР та просторово-кутові характеристики розсіяного випромінювання.
Доведено, що у типових самофокусуючих середовищах ВКР локалізоване в фокальних областях лазерного випромінювання. Виявлено, що інтенсивність розсіяного світла наростає у міру просування фокусів вглиб середовища та досягає свого максимуму у точках стояння фокальних областей, які відповідають вершині лазерного імпульсу і ближче від яких до вхідної межі середовища розсіяння відсутнє. Встановлено, що на більшій частині траси руху фокусів, прилеглої до вихідної межі середовища, значення кутів переважного випромінювання параметричних ВКР-компонент залишаються майже незмінними, але існує тенденція до їх зменшення з наближенням до точки стояння фокальних областей, в околі ж цієї точки розсіяння є, зазвичай, дифузним. Встановлена принципова можливість двократного перевищення критичної потужності СФ у фокальних областях.
4. На основі теоретичного аналізу та детального зіставлення отриманих експериментальних і розрахункових даних пояснено роль СФ у формуванні індикатриси параметричних компонент ВКР-випромінювання.
Встановлено, що вирішальне значення щодо формування індикатриси параметричних компонент в умовах СФ має насамперед висока ефективність перетворення лазерного випромінювання у 1s-компоненту в фокальних областях. Виснаження збуджуючого випромінювання, збіднюючи енергетично сусідні ділянки цих областей, обмежує подовжній розмір області існування наведеної нелінійної поляризації, а тому суттєво впливає на значення кутів переважного випромінювання та ширину діаграми напрямленості. На прикладі 1as-компоненти у толуолі показано, що довжина області існування нелінійної поляризації на антистоксовій частоті є значно меншою від довжини фокальної області і змінюється обернено пропорціонально до миттєвої потужності збуджуючого випромінювання. Це веде до того, що у точках стояння фокусів, які відповідають максимальній миттєвій потужності, довжина області існування нелінійної поляризації стає сумірною і навіть меншою від довжини когерентної взаємодії хвиль. Тому у випадку значного перевищення критичної потужності ці точки є центрами дифузного розсіяння.
5. Виявлений та пояснений вплив конкуренції комбінаційних і параметричних ВКР-процесів на формування частотно-кутової структури вищих антистоксових компонент у самофокусуючих середовищах.
Фізичний механізм цього впливу полягає у селективному за кутами ОКР, зумовленому просторовим розмежуванням дії комбінаційних і параметричних процесів в умовах СФ лазерного пучка. Так, у фокальній області комбінаційні і параметричні процеси відбуваються у присутності збуджуючої лазерної хвилі, що забезпечує переважний внесок параметричних процесів у генерацію вищих антистоксових компонент, але за межами фокальної області, де побіжні хвилі продовжують взаємодіяти, домінують комбінаційні процеси та ведуть до перерозподілу інтенсивностей побіжних хвиль суміжних компонент.
6. Розвинуті уявлення про можливість частотних розширень ліній ВКР з точки зору існування генерації широкосмугового випромінювання черенковського типу у самофокусуючих середовищах від хвиль нелінійної поляризації, що мають надсвітлову швидкість та завдяки СФ збуджуючого випромінювання розповсюджуються у вузькій приосьовій області.
Уявлення розширені на нелінійну поляризацію з частотою вищих антистоксових компонент. Виявлені розбіжності між реальною і завбачуваною частотно-кутовою структурою випромінювання черенковського типу та встановлено, що вони є наслідком нелінійності показника заломлення в області сильного поля та наведених у результаті СФ спотворень хвильового фронту лазерного пучка. Для частотних зсувів осьового випромінювання черенковського типу відносно комбінаційних частот з врахуванням зазначених чинників досягнута узгодженість у межах кількох відсотків, що підтверджує черенковський механізм утворення аномалій у частотно-кутових спектрах ВКР.
Список литературы
1. Иванисик А. И., Малый В. И., Понежа Г. В. Пространственно-угловая структура антистоксового излучения при вынужденном комбинационном рассеянии света в керровской жидкости // Оптика и спектроскопия. - 1996. - Т. 80, №2. - С. 212 - 217.
2. Иванисик А. И., Малый В. И., Понежа Г. В. Излучение черенковского типа при вынужденном комбинационном рассеянии света в самофокусирующих жидкостях // Оптика и спектроскопия. - 1997. - Т. 82, №3. - С. 447 - 453.
3. Иванисик А. И., Малый В. И., Понежа Г. В. О влиянии самофокусировки на угловые спектры вынужденного комбинационного рассеяния // Оптика и спектроскопия. - 1998. - Т. 85, №1. - С. 88 - 94.
4. Иванисик А. И., Малый В. И., Понежа Г. В. Спектрально-угловые проявления конкуренции комбинационных и параметрических процессов при вынужденном комбинационном рассеянии в самофокусирующих средах // Оптика и спектроскопия. - 1998. - Т. 85, №3. - С. 512 - 516.
5. Иванисик А. И., Малый В. И. Управляемый компактный источник питания импульсного твердотельного лазера // Приборы и техника эксперимента. - 1991. - №3. - С. 212 - 214.
6. Иванисик А. И., Малый В. И. Автоматизированный спектрометр на базе фотоприемного устройства ЛФ1024-25/2 и микро-э. в. м. “Электроника Д3-28” // Приборы и техника эксперимента. - 1989. - №3. - С. 163 - 167.
7. Іванісік А. І., Малий В. І. Інтегральний коефіцієнт комбінаційного підсилення в самофокусуючих середовищах // Вісник Київського університету. Сер. : фіз. -мат. науки. - 1997. - В. 1. - С. 366 - 371.
8. Іванісік А. І., Малий В. І., Понежа Г. В. Деякі аспекти черенковської спектроскопії // Вісник Київського університету. Сер. : фіз. -мат. науки. - 1997. - В. 3. - С. 281 - 288.
9. Іванісік А. І., Малий В. І., Понежа Г. В. Вимушене комбінаційне розсіяння у самофокусуючих середовищах: нові методи експериментальних досліджень // Вісник Київського університету. Сер: фіз. -мат. науки. - 1997. - В. 4. - С. 239 - 248.
10. А. с. 1347667 СССР, МКИ4 G 01 J 3/40. Способ измерения спектральной ширины линии оптического излучения и устройство для его осуществления / А. И. Иванисик, В. И. Малый, Г. В. Понежа, Е. Г. Тохтуев, Л. В. Дудниченко (СССР). - № 4048837/31-25; Заявлено 10. 01. 86. - 4 с.
11. Измерения показателя преломления органических жидкостей в видимой области спектра / А. И. Иванисик, В. И. Малый, Г. В. Понежа; Киев. ун-т им. Т. Г. Шевченко. - Киев, 1985. - 7 с. - Рус. - Деп. в УКРНИИНТИ 26. 03. 85, №618-Ук85.
12. Іванісік А. І., Малий В. І. Індикатриса антистоксового ВКР-випромінювання при самофокусуванні // Тези доп. XIII Національної школи-семінару з міжнародною участью “Спектроскопія молекул та кристалів”. - Суми: Сумський Держ. ун-т. - 1997. - С. 195.
13. Иванисик А. И., Малый В. И. Регистрация и обработка спектроскопической информации на интегральных многоэлементных фотодиодных преобразователях сопряженных с ЭВМ // Тезисы докл. ХХ Всесоюз. съезда по спектроскопии. - Ч. 2. -К. : Наук. думка. - 1988. - С. 461.