к библиотеке   к оглавлению   FAQ по эфирной физике   ТОЭЭ   ТЭЦ   ТПОИ   ТИ  

РЕАЛЬНАЯ ФИЗИКА

Глоссарий по физике

А   Б   В   Г   Д   Е   Ж   З   И   К   Л   М   Н   О   П   Р   С   Т   У   Ф   Х   Ц   Ч   Ш   Э   Ю   Я  

Самофокусировка света

Самофокусировка света - концентрация энергии световой волны, распространяющейся в нелинейной среде, показатель преломления п к-рой растёт с увеличением амплитуды поля Е:
8015-74.jpg

Показатель преломления среды может увеличиваться с ростом поля Е вследствие изменения нелинейной поляризации среды, оптич. Керра эффекта, электрострикции, нагрева, резонансного возбуждения среды и т. д.

Под действием светового пучка, имеющего, напр., гауссову форму, нелинейная среда становится оптически неоднородной: в центре пучка, где больше интенсивность, показатель преломления больше, чем для краёв пучка, а следовательно, фазовая скорость в центре будет меньше, чем по краям пучка. Это приведёт к искажению первоначально плоского волнового фронта, а лучи, распространяющиеся по нормали к фронту, искривляются (нелилейная рефракция) к оси (рис. 1,а). Первоначально однородная среда становится своеобразной объёмной собирающей линзой, фокус к-рой находится на нек-ром расстоянии fнл от входа пучка в среду.

8015-75.jpg

Рис. 1. Самофокусировка света в нелинейной среде: а - возникновение коллапса и многофокусировки (штриховыми линиями показан волновой фронт); б - траектория лучей в возникающем нелинейном диэлектрич. волноводе.

Явление самофокусировки света теоретически было предсказано Г. А. Аскарьяном в 1962 и впервые наблюдалось Н. П. Пилипецким и А. Р. Рустамовым в 1965.

В тонком нелинейном слое, толщина к-рого l значительно меньше фокусного расстояния fнл, всё происходит во многом аналогично самодефокусировке света, только в случае фокусировки8015-76.jpg и лучи, пройдя слои, сначала сходятся в фокальной плоскости, а затем уходят в дальнее поле. Как и при самодефокусировке, благодаря нелинейным аберрациям, угл. распределение пучка при прохождении им самофокусирующей линзы имеет кольцевую структуру.

Если толщина нелинейного слоя8015-77.jpg, самофокусировка света описывается квазиоптич. нелинейным ур-нием, в к-ром учитывается не только нелинейная рефракция, но и дифракция:8015-78.jpg

Это параболич. ур-ние типа нелинейного ур-ния Шрёдингера имеет ряд интегралов движения Ij, сохраняющих свои, величины в процессе распространения. Кроме очевидного интеграла I18015-79.jpg8015-80.jpgвыражающего закон сохранения энергии, существует интеграл
8015-81.jpg

характеризующий соотношение линейной дифракции (первый член подынтегрального выражения) и самовоздействие пучка. В слабых полях (8015-82.jpg

) интеграл (3) положителен и пучок испытывает только8015-83.jpg дифракцию. Однако в нелинейной среде под воздействием достаточно сильных полей знак I3 может стать отрицательным за счёт члена8015-84.jpg и линейная дифракция сменяется самофокусировкой или образованием нелинейного волновода (рис. 1, б). Нелинейный волновод образуется при компенсации дифракц. расходимости нелинейной рефракцией:
8015-85.jpg

Поперечное распределение амплитуды в нелинейном волноводе можно рассчитать, если искать решение ур-ния (2) в виде неограниченного пучка (8016-1.jpg при8016-2.jpg

8016-3.jpg

где ЕВ и qB - собств. функции и собств. числа пространственных мод нелинейного волновода. В кубичной нелинейной среде, когда8016-4.jpg , амплитудный профиль EB описывается ур-нием, следующим из (2):
8016-5.jpg

При распространении пучка в среде существует дискретный спектр нелинейных мод, каждая из к-рых несёт свою критич. мощность, начиная с к-рой пучок самофокусируется. Так, напр., низшая осесимметричная мода, имеющая колоколообразный амплитудный профиль, имеет критич. мощность
8016-6.jpg

к-рая не зависит от поперечного радиуса пучка а, прямо пропорциональна квадрату длины волны (чем меньше8016-7.jpg, тем слабее дифракционная расходимость, тем при меньшей мощности начинается эффект самофокусировки) и обратно пропорциональна коэф. нелинейности n2.

С увеличением амплитуды поля Е0 нелинейный фокус смещается ко входу и вслед за первым фокусом возникает второй, третий и т. д. (рис. 1, а и рис. 2). Число фокусов растёт с увеличением мощности источника, возникает мяогофокусная структура. В случае мощных коротких импульсов фокусы движутся очень быстро, с околосветовой скоростью.

8016-8.jpg

Рис. 2. Многофокусная самофокусировка пучка в среде с кубичной нелинейностью.

В мощных пучках с8016-9.jpg нелинейная рефракция превалирует над дифракцией и для описания поведения пучка можно воспользоваться метопом геом. оптики, представляя в (2)8016-10.jpg

при8016-11.jpg8016-12.jpg . Тогда можно получить след. ур-ния:
8016-13.jpg

первое из к-рых - ур-ние эйконала в нелинейной среде, второе - ур-ние переноса излучения. Величина8016-14.jpg имеет простой смысл угла наклона элементарного луча к продольной оси z. Из (7) легко найти ур-ния для8016-15.jpg , аналогичные ур-ниям гидродинамики. Ур-ния (7) имеют простое автомодельное решение для параболич. профиля пучка:
8016-16.jpg

где поперечный радиус пучка уменьшается с расстоянием по закону
8016-17.jpg

Видно, что траектории всех лучей подобны друг другу, они сходятся в одну точку, расположенную на расстоянии8016-18.jpg ,
8016-19.jpg

По мере приближения к фокусу лучи всё более искривляются, а поле На оси неограниченно нарастает8016-20.jpg8016-21.jpg Пучок «cхлопывается» (волновой коллапс ).Это явление не устраняется даже с учётом дифракции и нелинейных аберраций.

Картина нестационарной самофокусировки с учётом релаксации нелинейности описывается ур-нием
8016-22.jpg

Т. к. передняя часть импульса света не участвует в самофокусировке света, она распространяется как в линейной среде, испытывая только дифракцию, а средняя и задняя части импульса, испытывая ещё и нелинейную рефракцию, самофокусируются, образуя квазиволновод (рис. 3). Поле в квазиволноводе нарастает медленнее и ограничено по величине (нет коллапса). На больших расстояниях из-за дифракционного расплывания передней части импульса длина квазиволновода сокращается вплоть до полного исчезновения.

8016-23.jpg

Рис. 3. Картина нестационарной самофокусировки короткого светового импульса. На переднем фронте нелинейный отклик ещё не установился и происходит линейное распространение импульса, задняя часть импульса сжимается за счёт нелинейной рефракции.

Мощный световой пучок испытывает в самофокусирующей среде модуляц. неустойчивость, приводящую к т. н. мелкомасштабной самофокусировки света. Если в световой волне с амплитудой Е0 появляются пространственные флуктуации р (малые возмущения амплитуды и фазы)
8016-24.jpg

то благодаря параметрич. неустойчивости амплитуда малых возмущений экспоненциально растёт с расстоянием8016-25.jpg Отд. пространственные фурье-компоненты8016-26.jpg имеют разные инкременты8016-27.jpg Наиб. инкремент8016-28.jpg имеют возмущения с поперечным масштабом модуляции8016-29.jpg , поэтому пучок разбивается на отд. нити с радиусом аопт. В нити с таким радиусом захватывается мощность порядка критической. В пучке происходит конкуренция самофокусировки пучка как целого на длине8016-30.jpg8016-31.jpg и процесса распада пучка на отд. нити за счёт дифракции. Если профиль пучка достаточно гладкий, то мелкомасштабная структура не проявится на длине, равной fнл.

Самофокусировка может развиваться и на квадратичной нелинейности при трёхволновом когерентном взаимодействии, когда частоты и волновые векторы связаны соотношениями w1 + w2 = w3 и k1+ k2 = k3. В вырожденном по частоте случае генерация второй оптич. гармоники с учётом дифракции описывается двумя амплитудными ур-ниями:
8016-32.jpg

где8016-33.jpg - коэф. нелинейности,8016-34.jpg - нелинейная восприимчивость 2-го порядка.

При возбуждении гармоники независимо от знака коэф. нелинейности8016-35.jpg самофокусировка света возникает одновременно у двух пучков (рис. 4). Критич. мощность двухволновой взаимофокусировки8016-36.jpg
8016-37.jpg

Рис. 4. Взаимофокусировка волновых пучков основной (сплошная линия) и второй (штриховая линия) гармоник в среде с квадратичной нелинейностью.

Самофокусировка света может привести к световому пробою, способствует развитию процессов вынужденного рассеяния и др. нелинейных процессов. С помощью самофокусировки света можно создавать сверхсильные световые поля.

Литература по

  1. Ахманов С. А., Сухоруков А. П., Xохлов Р. В., Самофокусировка и дифракция света в нелинейной среде, «УФН», 1967, т. 93, с. 19;
  2. Аскарьян Г. А., Эффект самофокусировки, «УФН», 1973, т. 111, в. 2, с. 249;
  3. Луговой В. Н., Прохоров А. М., Теория распространения мощного лазерного излучения в нелинейной среде, там же, с. 203;
  4. Сухоруков А. П., Нелинейные волновые взаимодействия в оптике и радиофизике, М., 1988;
  5. Шен И. Р., Принципы нелинейной оптики, пер. с англ., М., 1989.

А. П. Сухоруков

к библиотеке   к оглавлению   FAQ по эфирной физике   ТОЭЭ   ТЭЦ   ТПОИ   ТИ  

(время поиска примерно 20 секунд)


Знаете ли Вы, что релятивистское объяснение феномену CMB (космическому микроволновому излучению) придумал человек выдающейся фантазии Иосиф Шкловский (помните книжку миллионного тиража "Вселенная, жизнь, разум"?). Он выдвинул совершенно абсурдную идею, заключавшуюся в том, что это есть "реликтовое" излучение, оставшееся после "Большого Взрыва", то есть от момента "рождения" Вселенной. Хотя из простой логики следует, что Вселенная есть всё, а значит, у нее нет ни начала, ни конца... Подробнее читайте в FAQ по эфирной физике.

НОВОСТИ ФОРУМА

Форум Рыцари теории эфира


Рыцари теории эфира
 15.08.2020 - 18:40: ЭКОЛОГИЯ - Ecology -> Биологическая безопасность населения - Карим_Хайдаров.
15.08.2020 - 18:37: ВОСПИТАНИЕ, ПРОСВЕЩЕНИЕ, ОБРАЗОВАНИЕ - Upbringing, Inlightening, Education -> Просвещение от Игоря Алексеевича Гундарова - Карим_Хайдаров.
15.08.2020 - 13:19: ВОЙНА, ПОЛИТИКА И НАУКА - War, Politics and Science -> РАСЧЕЛОВЕЧИВАНИЕ ЧЕЛОВЕКА. КОМУ ЭТО НАДО? - Карим_Хайдаров.
15.08.2020 - 13:18: ВОСПИТАНИЕ, ПРОСВЕЩЕНИЕ, ОБРАЗОВАНИЕ - Upbringing, Inlightening, Education -> Проблема народного образования - Карим_Хайдаров.
15.08.2020 - 13:13: ВОСПИТАНИЕ, ПРОСВЕЩЕНИЕ, ОБРАЗОВАНИЕ - Upbringing, Inlightening, Education -> Просвещение от О.Н. Четвериковой - Карим_Хайдаров.
15.08.2020 - 09:53: ВОСПИТАНИЕ, ПРОСВЕЩЕНИЕ, ОБРАЗОВАНИЕ - Upbringing, Inlightening, Education -> Просвещение от Пламена Паскова - Карим_Хайдаров.
14.08.2020 - 11:19: ВОСПИТАНИЕ, ПРОСВЕЩЕНИЕ, ОБРАЗОВАНИЕ - Upbringing, Inlightening, Education -> Просвещение от Дэвида Айка - Карим_Хайдаров.
14.08.2020 - 07:59: ВОЙНА, ПОЛИТИКА И НАУКА - War, Politics and Science -> Проблема государственного терроризма - Карим_Хайдаров.
14.08.2020 - 07:55: ВОСПИТАНИЕ, ПРОСВЕЩЕНИЕ, ОБРАЗОВАНИЕ - Upbringing, Inlightening, Education -> КОМПЬЮТЕРНО-СЕТЕВАЯ БЕЗОПАСНОСТЬ ДЛЯ ВСЕХ - Карим_Хайдаров.
14.08.2020 - 07:54: ВОЙНА, ПОЛИТИКА И НАУКА - War, Politics and Science -> ЗА НАМИ БЛЮДЯТ - Карим_Хайдаров.
13.08.2020 - 06:29: ВОСПИТАНИЕ, ПРОСВЕЩЕНИЕ, ОБРАЗОВАНИЕ - Upbringing, Inlightening, Education -> Просвещение от Андрея Фурсова - Карим_Хайдаров.
13.08.2020 - 05:42: ВОСПИТАНИЕ, ПРОСВЕЩЕНИЕ, ОБРАЗОВАНИЕ - Upbringing, Inlightening, Education -> Просвещение от Вячеслава Осиевского - Карим_Хайдаров.

Боровское исследовательское учреждение - Bourabai Research Bourabai Research Institution