Вимушене комбінаційне розсіяння в умовах самофокусування збуджуючої електромагнітної хвилі

Київський університет імені Тараса Шевченка

 

Спеціальність 01. 04. 05  оптика, лазерна фізика

 

Іванісік Анатолій Іванович

УДК 535. 375

 

Київ – 1999

 

Дисертацією є рукопис.

Робота виконана на кафедрі медичної радіофізики радіофізичного факультету Київського університету імені Тараса Шевченка.

Науковий керівник: кандидат фізико-математичних наук, доцент Малий Віктор Іванович (доцент кафедри медичної радіофізики радіофізичного факультету Київського університету імені Тараса Шевченка).

Офіційні опоненти: доктор фізико-математичних наук, професор Погорелов Валерій Євгенович (професор кафедри експериментальної фізики фізичного факультету Київського університету імені Тараса Шевченка); кандидат фізико-математичних наук, старший науковий співробітник Говорун Дмитро Миколайович (завідувач відділу молекулярної біофізики Інституту молекулярної біології та генетики НАН України).

Провідна установа: Інститут фізики НАН України (м. Київ).

Захист відбудеться “22” березня 1999 р. о 1430 годині на засіданні спеціалізованої вченої ради Д26. 001. 23 у Київському університеті імені Тараса Шевченка за адресою: 252127, Київ-127, просп. акад. Глушкова, 6, фізичний факультет.

З дисертацією можна ознайомитися у бібліотеці Київського університету імені Тараса Шевченка за адресою: 252033, Київ-33, вул. Володимирська, 58.

 

 

Актуальність теми. З часу свого відкриття вимушене комбінаційне розсіяння світла (ВКР) стало об’єктом особливої уваги і завдяки інтенсивним дослідженням набуло застосування у вирішенні широкого кола прикладних проблем. Зокрема, на основі ВКР значні успіхи досягнені в ефективному перестроюванні частоти лазерного випромінювання. Перспективними напрямками використання ВКР стали: зведення та поліпшення оптичної якості лазерних пучків; підвищення яскравості, інтенсивності, енергії випромінювання лазерів та їх коефіцієнта корисної дії; компресія світлових імпульсів; генерація солітонів; обернення та корекція хвильового фронту; спектроскопія імпульсного збудження ВКР та оберненого комбінаційного розсіяння (ОКР). ВКР може використовуватись також для перетворення зображень з підвищенням частоти, створення оптичної оперативної пам’яті, прямого підсилення оптичних інформаційних сигналів, в оптичній томографії.

Надзвичайно широке коло застосування визначає значущість детального вивчення закономірностей процесу ВКР у реальних середовищах. Проте розроблена теорія ВКР дає задовільні результати тільки у газах і деяких кристалічних середовищах із слабкою здатністю до самофокусування (СФ). Незважаючи на зусилля теоретично чи на основі експериментальних досліджень з’ясувати фізичні механізми, що обумовлюють характерну кутову структуру та великі спектральні розширення ліній ВКР у самофокусуючих рідинах, бажаного результату досягти не вдалося. Зроблені на основі проведених досліджень висновки були не завжди достатньо обгрунтованими та значною мірою суперечливими. Виявлені особливості процесу ВКР, що не дістали належного пояснення, назвали “аномаліями” ВКР.

З іншого боку, тривалий час вважалося, що цікавий з фізичної точки зору ефект СФ не має перспектив практичного використання і відіграє негативну роль, ускладнюючи перебіг інших нелінійно-оптичних процесів (зокрема, ВКР) та знижуючи стійкість прозорих середовищ до інтенсивного лазерного випромінювання. Результати останніх досліджень показали хибність таких поглядів. Нового імпульсу набула ідея самоканалювання потужних ультракоротких лазерних імпульсів. Досягнута інтенсивність 1019 Вт/см2 у філаментах з радіусом 500 нм та довжиною 2 мм відкриває нові перспективи у створенні рентгенівських лазерів, імпульсних джерел швидких нейтронів та генерації магнітних полів  10 МГс. Надзвичайно ефективним виявилося використання СФ, як методу синхронізації мод у лазерах, для генерації імпульсів фемтосекундного діапазону. Очевидно, що коло практичного застосування явища СФ зростатиме і надалі. Проте подальший прогрес у практичному використанні ефекту СФ залежить від детального його пізнання. Чутливість частотно-кутових характеристик та інтенсивності ВКР-випромінювання до параметрів фокального об’єму дає змогу розглядати ВКР як метод експериментального дослідження СФ.

Таким чином, актуальність теми дисертації визначається тим, що детальне розуміння механізмів впливу СФ на ВКР сприятиме як подальшому розвитку нелінійної оптики та квантової електроніки, так і практичному використанню явищ ВКР і СФ для удосконалення існуючих та створення нових технологій і приладів.

Мета і задачі дослідження. Для досягнення мети  з’ясування характеру і основних фізичних механізмів впливу СФ на зародження і розвиток ВКР та його частотні, просторові й кутові параметри, ставилися та вирішувалися такі основні задачі:

 розробка експериментальних методів дослідження локалізації та зміни характеристик розсіяного світла уздовж осі ВКР-активного середовища;

 визначення локальних параметрів розсіяного випромінювання уздовж траси руху фокальних областей у самофокусуючих рідинах;

 встановлення ролі виснаження самофокусованого збуджуючого випромінювання у формуванні просторово-кутової структури параметричних ВКР-компонент;

 врахування впливу конкуренції параметричних та комбінаційних процесів в умовах СФ на частотно-кутову структуру вищих антистоксових компонент;

 вивчення зв’язку між швидкістю нелінійної поляризації та частотним розширенням ліній ВКР у самофокусуючих рідинах.

Наукова новизна одержаних результатів (анотація нових наукових положень (рішень), запропонованих здобувачем особисто).

*Розроблений метод просторової фільтрації кутових спектрів, який завдяки просторовій та часовій роздільній здатності є адекватним щодо вивчення ВКР під впливом СФ (аналогів не існує). За допомогою цього методу вперше вирішена проблема прямих експериментальних досліджень локалізації розсіяння і зміни кутової структури ВКР-випромінювання уздовж осі нелінійно-оптичного середовища, а також визначення потужності самофокусованої частини збуджуючого лазерного пучка.

*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