с увеличе-
нием мощности светового пучка его расходимость начинает умень-
шаться. При некоторой критической мощности пучок может
распространяться, вообще не испытывая расходимости (режим са-
моканализации), а при мощности, превышающей критическую, пучок
скачком сжимается к оси и сходится в точку наа некотором расс-
тоянии от места входа в среду ставшую теперь нелинейной. Про-
исходит пройесс самофокусировки. Это расстояние, называемое
эффективной длиной самофокусировки, обратно пропорционально
квадратному корню из интенсивности пучка. Оно также зависит от
его диаметра и оптических свойств среды. Открытие эффекта са-
мофокусировки пренадлежит Г.А.Аскорьяну (открытие - 67).
Физические причины этого эффекта заключаются в изменении
показателя преломления среды в сильном световом поле. В это
изменение вносит свой вклад также эффекты, как электрострик-
ция, высокочастотный эффект Керра и изменение преломления сре-
ды за счет ее нагрева в световом пучке. Вследствии этих эффек-
тов, среда в зоне пучка становится оптически неоднородной;
показатель преломления среды определяется теперь распределени-
ем интенсивности световой волны. Это приводит к явлению нели-
нейной рефракции, т.е. переферийные лучи пучка отклоняются к
его оси, в зону с большей оптической плотностью. Таким образом
нелинейная рефракция начинает конкурировать с дифракционной
расходимостью. При взаимной компенсации этих процессов и нас-
тупает самоканализация, переходящая в самофокусировку при при-
вышении критической мощности пучка. Процесс самофокусировки
выделяется среди прочих нелинейных эффектов тем, что он обла-
дает "лавинным" характером. Действительно, даже малое увеличе-
ние интенсивности в некотором участке светового пучка приводит
к концентрации лучей в этой области, а следовательно и к до-
полнительному возрастанию интенсивности, что усиливает нели-
нейную рефракцию и т.д.
Отметим, что критические мощности самофокусировки относи-
тельно не велики (для ниробензола - 25 квт, для некоторых сор-
тов оптического стекла - 1 вт), что создает реальные предпо-
сылки использования описанного эффекта для передачи энергии на
значительные расстояния.
Интересно, что при самофокусировке излучение импульсных
лазеров в органических жидкостях пучок после "охлопывания"
распространяется не ввиде одного пучка, а распадается на мно-
жество короткоживущих (10 в минус 10-ой степени сек.) узких
(мкм) областей очень сильного светового поля (около 10 в 7-ой
степени в/см) - световых нитей. Это явление обьясняют тем, что
при самофокусировке лазерных импульсов нелинейная среда рабо-
тает как линза с изменяющимися во времени фокусными расстояни-
ями, и быстрое движение фокусов (скорости порядка 10 в 6-ой
степени м/сек.) в сочетании с аберрациями "нелинейной линзы"
может создать длинные и тонкие световые каналы.
В нелинейной оптике уже обнаружено множество интересней-
ших эффектов. Кроме описанных выше, к ним относятся такие эф-
фекты как оптическое детектирование, гетеродинирование света,
пробой газов мощным излучением с образованием т.н. "лазерной
искры", светогидравлический удар, нелинейное отражение света и
другие. Некоторые из эффектов уже нашли применение не только в
научных исследованиях, но и в промышленности. Так например,
светогидравлический удар (см."Гидравлические удары") применя-
ется при штамповке, упрочнения материалов, для ударной сварки
и т.д., что наиболее себя оправдывает в производстве микроэ-
лектроники, в условиях особо чистых поверхностей.
17.7. Светогидравлический удар (открытие - 65)
Эффект заключается в том, что при пропускании мощного ла-
зерного излучения через жидкость в ней возникают акустические
волны с высоким давлением, достигающим миллиона атмосфер, соп-
ровождающиеся вспышкой белого света и выбросом жмдкости на
значительные расстояния, при этом тела, помещенные вблизи уда-
ра, подвергались сильным деформациям и разрушению. Точной тео-
рии эффекта еще нет, однако уже ясно, что это целый комплекс
явлений. Здесь и самофокусировка, увеличивающая интенсивность
световой волны в малом обьеме, и первоначальное ее поглощение,
связанное с ВРМБ (см. 17.1) и усиленное поглощение света обра-
зующейся плазмой, что приводит к возникновению ударной волны и
затем к авитации в жидкости. Предварительная фокусировка ла-
зерного пучка и введение в жидкость поглощающих добавок значи-
тельно усиливают проявления эффекта.
17.8. Нелинейная оптика.
Нелинейная оптика - новая и постоянно развивающаяся нау-
ка. Многообразие ее эффектов далеко не исчерпано известными
ныне. Так, совсем недавно были предсказания теоретически гис-
теризисные скачки отражения и преломления на границе нелиней-
ной среды - целый класс новых эффектов нелинейной оптики.
(Данных об эксперементальном подтверждении их существования
пока нет.)
Суть эффектов заключается в следующем. Если под небольшим
углом скольжения на границу раздела двух сред с близкими зна-
чениями диэлектрической проницаемости, одна из которых нели-
нейна, падает пучок мощного светового излучения, то при изме-
нении интенсивности излучения (угол падения фиксирования),
когда она достигает определенного значения, может произойти
скачок от прохождения к полному внутреннему отражению, при об-
ратном изменении интенсивности скачок от ПВО к прохождению
произойдет уже при другом ее значении. Такие же скачки могут
наблюдаться и при изменении угла падения, когда фиксировано
значение интенсивности.
Если существование этих эффектов подтвердится, то они мо-
гут быть широко использованы для исследования нелинейных
свойств веществаи в лазерной технике. Так, например, гистери-
зисная оптическая ячейка может служить идеальным затвором в
лазере при генерации гигантских импульсов, т.к. в режиме ПВО
практически не поглощает энергии; с помощью гистерезисных эф-
фектов можно будет с большой точностью измерять интенсивность
излучения, фиксируя скачки и т.д.
Л И Т Е Р А Т У Р А
1. Квантовая электроника, Маленькая энциклопедия, изд. Советс-
кая энциклопедия, М., 1966.
2. Н.Бломберген, Нелинейная оптика, пер. с англ., М., 1966
3. М.Шуберт, В.Вильгельми, Введение в нелинейную оптику пер. с
нем. "Мир", М., 1973.
4. Ф.Цернике, Дж.Мидвинтер, Прикладная нелинейная оптика, пер.
с англ., "Мир", М., 1976
5. Ю.П.Конюшая, Открытия и начно-техническая революция, "Мос-
ковский рабочий", М.
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72
нием мощности светового пучка его расходимость начинает умень-
шаться. При некоторой критической мощности пучок может
распространяться, вообще не испытывая расходимости (режим са-
моканализации), а при мощности, превышающей критическую, пучок
скачком сжимается к оси и сходится в точку наа некотором расс-
тоянии от места входа в среду ставшую теперь нелинейной. Про-
исходит пройесс самофокусировки. Это расстояние, называемое
эффективной длиной самофокусировки, обратно пропорционально
квадратному корню из интенсивности пучка. Оно также зависит от
его диаметра и оптических свойств среды. Открытие эффекта са-
мофокусировки пренадлежит Г.А.Аскорьяну (открытие - 67).
Физические причины этого эффекта заключаются в изменении
показателя преломления среды в сильном световом поле. В это
изменение вносит свой вклад также эффекты, как электрострик-
ция, высокочастотный эффект Керра и изменение преломления сре-
ды за счет ее нагрева в световом пучке. Вследствии этих эффек-
тов, среда в зоне пучка становится оптически неоднородной;
показатель преломления среды определяется теперь распределени-
ем интенсивности световой волны. Это приводит к явлению нели-
нейной рефракции, т.е. переферийные лучи пучка отклоняются к
его оси, в зону с большей оптической плотностью. Таким образом
нелинейная рефракция начинает конкурировать с дифракционной
расходимостью. При взаимной компенсации этих процессов и нас-
тупает самоканализация, переходящая в самофокусировку при при-
вышении критической мощности пучка. Процесс самофокусировки
выделяется среди прочих нелинейных эффектов тем, что он обла-
дает "лавинным" характером. Действительно, даже малое увеличе-
ние интенсивности в некотором участке светового пучка приводит
к концентрации лучей в этой области, а следовательно и к до-
полнительному возрастанию интенсивности, что усиливает нели-
нейную рефракцию и т.д.
Отметим, что критические мощности самофокусировки относи-
тельно не велики (для ниробензола - 25 квт, для некоторых сор-
тов оптического стекла - 1 вт), что создает реальные предпо-
сылки использования описанного эффекта для передачи энергии на
значительные расстояния.
Интересно, что при самофокусировке излучение импульсных
лазеров в органических жидкостях пучок после "охлопывания"
распространяется не ввиде одного пучка, а распадается на мно-
жество короткоживущих (10 в минус 10-ой степени сек.) узких
(мкм) областей очень сильного светового поля (около 10 в 7-ой
степени в/см) - световых нитей. Это явление обьясняют тем, что
при самофокусировке лазерных импульсов нелинейная среда рабо-
тает как линза с изменяющимися во времени фокусными расстояни-
ями, и быстрое движение фокусов (скорости порядка 10 в 6-ой
степени м/сек.) в сочетании с аберрациями "нелинейной линзы"
может создать длинные и тонкие световые каналы.
В нелинейной оптике уже обнаружено множество интересней-
ших эффектов. Кроме описанных выше, к ним относятся такие эф-
фекты как оптическое детектирование, гетеродинирование света,
пробой газов мощным излучением с образованием т.н. "лазерной
искры", светогидравлический удар, нелинейное отражение света и
другие. Некоторые из эффектов уже нашли применение не только в
научных исследованиях, но и в промышленности. Так например,
светогидравлический удар (см."Гидравлические удары") применя-
ется при штамповке, упрочнения материалов, для ударной сварки
и т.д., что наиболее себя оправдывает в производстве микроэ-
лектроники, в условиях особо чистых поверхностей.
17.7. Светогидравлический удар (открытие - 65)
Эффект заключается в том, что при пропускании мощного ла-
зерного излучения через жидкость в ней возникают акустические
волны с высоким давлением, достигающим миллиона атмосфер, соп-
ровождающиеся вспышкой белого света и выбросом жмдкости на
значительные расстояния, при этом тела, помещенные вблизи уда-
ра, подвергались сильным деформациям и разрушению. Точной тео-
рии эффекта еще нет, однако уже ясно, что это целый комплекс
явлений. Здесь и самофокусировка, увеличивающая интенсивность
световой волны в малом обьеме, и первоначальное ее поглощение,
связанное с ВРМБ (см. 17.1) и усиленное поглощение света обра-
зующейся плазмой, что приводит к возникновению ударной волны и
затем к авитации в жидкости. Предварительная фокусировка ла-
зерного пучка и введение в жидкость поглощающих добавок значи-
тельно усиливают проявления эффекта.
17.8. Нелинейная оптика.
Нелинейная оптика - новая и постоянно развивающаяся нау-
ка. Многообразие ее эффектов далеко не исчерпано известными
ныне. Так, совсем недавно были предсказания теоретически гис-
теризисные скачки отражения и преломления на границе нелиней-
ной среды - целый класс новых эффектов нелинейной оптики.
(Данных об эксперементальном подтверждении их существования
пока нет.)
Суть эффектов заключается в следующем. Если под небольшим
углом скольжения на границу раздела двух сред с близкими зна-
чениями диэлектрической проницаемости, одна из которых нели-
нейна, падает пучок мощного светового излучения, то при изме-
нении интенсивности излучения (угол падения фиксирования),
когда она достигает определенного значения, может произойти
скачок от прохождения к полному внутреннему отражению, при об-
ратном изменении интенсивности скачок от ПВО к прохождению
произойдет уже при другом ее значении. Такие же скачки могут
наблюдаться и при изменении угла падения, когда фиксировано
значение интенсивности.
Если существование этих эффектов подтвердится, то они мо-
гут быть широко использованы для исследования нелинейных
свойств веществаи в лазерной технике. Так, например, гистери-
зисная оптическая ячейка может служить идеальным затвором в
лазере при генерации гигантских импульсов, т.к. в режиме ПВО
практически не поглощает энергии; с помощью гистерезисных эф-
фектов можно будет с большой точностью измерять интенсивность
излучения, фиксируя скачки и т.д.
Л И Т Е Р А Т У Р А
1. Квантовая электроника, Маленькая энциклопедия, изд. Советс-
кая энциклопедия, М., 1966.
2. Н.Бломберген, Нелинейная оптика, пер. с англ., М., 1966
3. М.Шуберт, В.Вильгельми, Введение в нелинейную оптику пер. с
нем. "Мир", М., 1973.
4. Ф.Цернике, Дж.Мидвинтер, Прикладная нелинейная оптика, пер.
с англ., "Мир", М., 1976
5. Ю.П.Конюшая, Открытия и начно-техническая революция, "Мос-
ковский рабочий", М.
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72