Самофокусировка пучка

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 само-модуляция 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. [c.67]

Самофокусировка пучка 339 Самофокусировки длина 339 Свет естественный (неполяризованный) 195 [c.350]

В заключение подчеркнем, что самофокусировка пучков, представляет интерес не только в оптике, но и в акустике, физике плазмы и т. д. Для примера на рис. 20.8 приведены результаты эксперимента по самофокусировке интенсивных ультразвуковых волн в дистиллированной [c.427]

Распадная неустойчивость в среде с 63 О проявляется не только у плоской волны, но и у ограниченных пучков с мощностью Р Ркр. Здесь происходит конкуренция самофокусировки пучка [c.299]

Среди других нелинейных оптических процессов самофокусировка отличается тем, что она носит лавинный характер, заключающийся в том, что даже слабое увеличение интенсивности светового пучка в некотором участке приводит к концентрации световой энергии в эту область. Такое увеличение интенсивности светового пучка в свою очередь приводит к дальнейшему дополнительному возрастанию интенсивности пучка в дайной области за счет усиления эффекта нелинейной рефракции. Так процесс приобретает лавинный характер. [c.401]

Явление самофокусировки может привести к сжатию пучка конечного диаметра в тонкую нить. Это явление особенно заметно в жидкостях с большой постоянной Керра. [c.401]

Рис. 41.1. Самофокусировка интенсивного пучка в нелинейной среде.

Величина определяемая этим соотношением, носит название длины самофокусировки. Она пропорциональна начальному радиусу пучка и обратно пропорциональна амплитуде поля на его оси. Поскольку освещенность пропорциональна то можно сказать, что 4ф обратно пропорциональна квадратному корню из максимальной освещенности в сечении пучка. Кроме того, уменьшается с ростом коэффициента нелинейности 2- Все перечисленные закономерности физически вполне прозрачны чем меньше и чем больше Ап = 2 4о, тем резче изменяется показатель преломления в пределах сечения пучка и тем сильнее отклонение от прямолинейного распространения света. [c.822]

Согласно сказанному выше самофокусировке благоприятствуют малые радиусы поперечного сечения пучков. Опыт показывает, однако, что существует некоторое оптимальное значение а = Оо, и дальнейшее уменьшение а требует не уменьшения, а увеличения мощности Р. Причина состоит в том, что при достаточно малых значениях а вступают в игру дифракционные явления, которые нэ принимались во внимание в предыдущих рассуждениях. Дифракция, очевидно, расширяет пучок и тем самым препятствует его самофокусировке, причем роль дифракции тем больше, чем меньше радиус пучка а. [c.823]

До сих пор не принималась во внимание ограниченность поперечных размеров реальных пучков, и тем самым предполагалось, что на интересующих нас толщинах среды I > /ф з ни самофокусировка, ни дифракция еще не проявляются. Если самофокусировка и дифракция точно компенсируют друг друга, то поперечное распределение амплитуды импульса не изменяется по мере его распространения в среде, т. е. собственно к этому случаю и относятся сделанные выше выводы. Если значение мощности превышает пороговое, даваемое соотношением (232.4), то поперечное сечение пучка уменьшается благодаря самофокусировке, и уширение спектра будет протекать более сложным образом. Качественно ясно, что увеличение амплитуды поля, сопровождающее самофокусировку, вызовет еще большее уширение спектра. Следует иметь в виду, однако, что при огромной концентрации энергии, имеющей место в случае сильно развитой самофокусировки, эффективно протекает и ряд других нелинейных процессов — вынужденное рассеяние. Мандельштама—Бриллюэна, вынужденное комбинационное рассеяние и др. [c.832]

Рассмотрим явление самофокусировки. Пусть в однородную среду с показателем преломления о падает параллельный пучок лучей кругового поперечного сечения диаметром (1 (рис. 36.5, а). [c.309]

Длина самофокусировки /сф (см. рис. 36.5, б) характеризует толщину слоя вещества, необходимую для пересечения крайних лучей с осью пучка (точка М) внутри нелинейной среды. Величина /сф определяется соотношением [c.310]

Если 0диф>0о, часть дифрагированных лучей выходит из цилиндрического пучка света, т. е. пучок расширяется. При 0диф<0о все дифрагированные лучи испытывают полное отражение от боковой поверхности цилиндрического пучка. Так как в реальных условиях ограниченный по фронту световой пучок всегда имеет большую интенсивность на оси, то показатель преломления согласно (36.20) также будет иметь большую величину на оси пучка и убывать к его периферии. Вследствие этого лучи в пучке будут искривляться, пучок начнет сжиматься и может превратиться в узкий световой канал, т. е. произойдет самофокусировка пучка (рис. 36.5, б). Далее световой пучок распространяется внутри этого канала, обеспечивая сам себе своеобразный оптический волновод. Такой режим распространения светового пучка называется самоканализацией. В этом случае 0диф 0о, т. е. дифракционные явления полностью подавляются. [c.310]

Нелинейные эффекты могут проявляться как само-воадействие волны и как взаимодействие волн между собой. Самовоздействие мощной волны приводит к изменению её поглощения и глубины модуляции. Поглощение мощной радиоволны нелинейно зависит от её амплитуды. Частота соударений V с увеличением темп-ры электронов может как расти (в ниж. слоях, где осн, роль играют соударения с нейтральными частицами), так и убывать (при соударении с ионами). В первом случае поглощение резко возрастает с увеличением мощности волны ( нас щенпе поля в плазме). Во втором случае поглощение падает (т. н. просветление плазмы для мощной радиоволны). Из-за нелинейного изменения поглощения амплитуда волны нелинейно зависит от амплитуды падающего поля, поэтому её модуляция искажается (автомодуляцня и демодуляция волны). Изменение п в поле мощной волны приводит к искажению траектории луча. При распространении узконаправленных пучков радиоволн это может привести к самофокусировке пучка аналогично самофокусировке света и К образованию волноводного канала в плазме. [c.260]

Рис. 2. Много(6окусная самофокусировка пучка в среде с кубичной нелинейностью.

Основные этапы самофокусировки пучка аналогичны самосжатию волнового пакета. Поэтому при соответствующей замене параметров рис. 2.2 также относится к самовоздействию волнового пучка, наглядно характеризуя трансформацию его волнового фронта, поперечного распределения интенсивности и углового спектра s kx). Вместе с тем между рассматриваемыми процессами самовоздействия существуют и определенные различия. Нелинейный отклик среды на волновой пакет, как уже подчеркивалось, зависит от соотношения между длительностью [c.72]

Рис. 2.2. Самовоздействие спектрально-ограниченного волнового пакета и коллимированного светового пучка в среде с кубичной нелинейностью ( 2>0). При самовоздействии волнового пакета (k <.Q) а — линии равной интенсивности на плоскости (т , г) (сплошные) и фаза самомодуляции при различных =г//-д (штриховые) б —форма импульса в — спектр импульса, испытывающего ФСМ. Эти же картины применимы при самофокусировке пучка а — вид сбоку, лучи (сплошные) и волновые фронты при различных z/Lдиф б — профиль и в — угловой спектр пучка

Выражение (12) для йопт с точностью до коэффициента совпадает с полученным методом возмущений характерным масштабом неоднородности, имеющей максимальный инкремент по z (см. [30] и 2.8). Наличие такого масштаба играет существенную роль при самофокусировке пучков со сложным амплитудным профилем, подчеркивая неоднородности размером аи Яопт- В результате самофокусирующиеся пучки оказываются неустойчивыми по отношению к поперечным возмущениям. В средах с 2 10 mVkBt (например, S2) для лазерного излучения с Х=1,06 мкм и интенсивностью 7d=100 МВт/см а пт 50 мкм. Увеличение интенсивности лазерного излучения приводит к уменьшению размера неоднородностей [c.87]

Интересные результаты получены в [411 при численном расчете квазистатичес-кой самофокусировки супер гауссовских пучков. Область движения фокуса зависит от вида пространственного распределения и достигает максимального значения при гауссовской форме. Показано также, что самофокусировка пучка в совокупности с пространственной фильтрацией в оптической системе позволяет повысить контраст импульса и управлять формой огибающей последовательности импульсов. [c.88]

Большой практический интерес представляет вопрос о предельно достижимой степени солитонного самосжатия. При начальной длительности -СОЛитоиного (Л 1) импульса в единицы и десятки пикосекунд основным ограничивающим фактором становится модуляционная неустойчивость ( 2.8), приводящая к распаду импульса до точки максимального самосжатия. Так, например, при Л =16 и уровне шума 1 % распад происходит примерно на половине длины самосжатия. При самофокусировке пучков это соответствует режиму, когда мелкомасштабная самофокусировка начинает доминировать над крупномасштабной. [c.206]

Распространение лазерного излучения в средах с дискретными центрами теплопереноса в среду сопровождается акустогидроди-намическими явлениями, вызываюш,ими стохастизацию среды и соответственно процессы нелинейного светорассеяния и самофокусировки пучка [30, 32]. С другой стороны, лазерная генерация акустического излучения может представлять самостоятельный интерес в приложении к проблеме зондирования. Действительно, оптико-акустические эффекты несут информацию как об источнике лазерного излучения, так и о поглощающей излучение газовой и дисперсной среде. Кроме того, искусственно созданный лазерным лучом выносной источник звуковой энергии может быть использован в традиционных, схемах акустического зондирования, например, таких, как излучатель — приемник для определения спектрально-акустических и метеорологических характеристик нижнего километрового слоя атмосферы. [c.200]

Принято говорить о так называемой самофокусировке пучка. Если позади фокуса линзы световой пучок снова расходится, то в случае самофокусировки расходимость не возникает и световой пучок захватывается в канал. Это может происходить при определенных условиях, и явление принято называть самозах-ватом света (фиг. 28). Оценим теперь по порядку величины длину, па которой пучок зашнуровывается заметным образом. Это расстояние 1р называется фокусирующей длиной. Допустим, что краевые лучи на всем пути распространяются в областях с показателем преломления Осевой луч встречает при 2 = 0 показатель преломления д(Л) 1 (2) ( О, О, 0) 2. Для оценки будем считать, что на всем пути от 2 = О до г = показатель преломления остается равным этой величине, тогда как в действительности он возрастает с увеличением 2. В этом случае можно ожидать, что истинная фокусирующая длина будет короче рассчитанной. Заметная самофокусировка пучка произойдет, если краевые лучи пройдут геометри- [c.196]

В заключение отметим некоторые аномалии при ВКР. Оказалось, что инкремент нарастания стоксовой волны в эксперименте меняется немонотонно с ростом интенсивности накачки. Кроме того, процесс ВКР имел очень резкий порог, наблюдалась асимметрия в усилении вперед и назад, ( шьное спектральное уширение комбинационных компонент. Позднее выяснилось, что все эти особенности были связаны с самофокусировкой пучка накачки либо с наличием паразитной обратной связи, влиявшей на условия генерации стоксовой компоненты, а также со стохастическими свойствами лазерного излучения накачки [29]. [c.225]

Единственное существенное отличие заключается в том, что если пространственная самофокусировка пучков происходит в среде с О, то самосжатие волновых пакетов может наблюдаться в среде с ёг > О, т. е. при д%1д( > < О, или ди дш 0. Напротив, нелинейное расплывание импульсов (аналог дефокусировки пучков в среде с ег < 0) развивается в среде с ён,тт < [c.301]

Таким образом, при распространении под углами, не близкими к О и тг/2, пакет магнитозвуковых волн описывается уравнением УКП с положительной дисперсией. Учитывая результаты предьщущего рассмотрения, можно заключить, что магнитозвуковые волны при косом распространении не образуют устойчивых солитонов. Пакеты таких волн коллапсируют или расплываются. При наличии стационарного источника возможна самофокусировка пучка таких волн. В [2.26] отмечается, что коллапс может служить эффективным механизмом диссипации в косых ударных волнах магнитозвукового типа. Поскольку коллас происходит только при частотах, меньших ударная волна бежит со скоростью, близкой к то отсюда следует, что ширина ее фронта должна быть много больше г а. При распространении под углами, близкими к тг/2, знак дисперсии изменяется. Дисперсия в этом случае остается слабой и при частотах, близких к При таких частотах существенной становится дополнительная дифракция в направлении постоянного поля. Для учета этого эффекта проведем разложение вблизи в = во в (1.31). Тогда получим [c.50]

Поскольку в реальных световых пучках интеисивиость возрастает от краев к оси пучка постепенно, то при превышении пороговой мопиюсти 1елинейпая среда начинает вести себя подобно собирающей линзе, и происходит самофокусировка пучка (см. рис. 18.13, а). При этом за счет уменьшения сечения пучка резко возрастает интенсивность света, что может привести к оптическому про бою и разрушению оптических элементов. [c.290]

На рис. 18.4 изображены световые пучки, распространяющиеся в жидкости при различных мощностях света на входе. Мощности варьируются светослабителями Ф. Как следует из рис. 18.4, а—г, при больших мощностях, согласно вышеизложенным теоретическим представлениям, происходит самофокусировка, в то время как при слабых М0Щ1ЮСТЯХ имеем дело с расходящимися пучками. [c.401]

Из полученного значения < п> > пп сразу следует возможность самофокусировки лазерного излучения, предсказанной Г. Г. Аска-рьяном в 1962 г. и вскоре обнаруженной в эксперименте. Действительно, равенство (4.52) показывает, что если через какую-либо среду (твердое тело или жидкость с определенными свойствами ) проходит интенсивный пучок света, то он делает эту среду неоднородной — в ней как бы образуется некий канал, в котором показатель преломления больше, чем в других ее частях. Тогда для лучей, распространяющихся в этом канале под углом, большим предельного, наступает полное внутреннее отражение от оптически менее плотной среды ( см. 2.4) и наблюдается своеобразная фокусировка излучения. Наиболее интересен случай, когда подбором входной диафрагмы для данного вещества удается установить такой диаметр канала 2а, что дифракционное уширение >L/(2a) (см. 6.2) компенсирует указанный эффект и в среде образуется своеобразный оптический волновод, по которому свет распространяется без расходимости. Такой режим называют самоканализацией (самозахватом) светового пучка (рис. 4.21). Весьма эффектны такие опыты при использовании мощных импульсных лазеров, излучение которых образует в стекле тонкие светящиеся нити. Однако в газообразных средах самофокусировка не имеет места, что существенно ограничивает возможность использования этого интересного явления. [c.169]

Вт при а = 0,5 мм, 1 = 10 см. Таким образом, для опытов по самофокусировке требуются сравнительно высокие мощности пучков, которые, однако, вполне доступны при использовании лазеров. Средняя освещенность в рассмотренном числовом примере составляет Р1псР = 10 Вт/см . С помощью закона Стефана—Больцмана легко подсчитать, что для достижения такой же освещенности при использовании излучения абсолютно черного тела необходима температура Т — 2,7 - № К, где Q — телесный угол пучка. Из произведенного сопоставления понятно, почему явление самофокусировки было открыто лишь после создания мощных лазеров (Н. Ф. Пилипецкий, А. Р. Рустамов, 1965 г. теоретическое предсказание Г. А. Аскарьян, 1962 г.). [c.823]

БУДКЕРОВСКОЕ КОЛЬЦО — стационарное состояние кольцевого пучка релятивистских электронов с примесью нек-рого кол-ва положит, ионов, достигаемое благодаря самофокусировке. Назв. но нмени Г. И. Г>уд-кера, обобщившего условие самофокусировки релятивистского пучка электронов на кольцевое образование. Он показал, что при числе ионов (Л + ) в релятивистском электронно.м кольце, удовлетворяющем условию [c.233]

Релятивистская стабилизация основана на явлении самофокусировки для кольцевого пучка релятивистских частиц. Условие самофокусировки впервые было сформулировано У, Беннеттом в 1934 [2]. Кроме сил кулоновского расталкивания, в релятивистском пучке частиц существует маги, сила взаимодействия параллельно движущихся частиц с зарядом одного знака, существенно ослабляющая ку-лоновское расталкивание. Ослабление происходит в [c.411]

В радиолокации и радиоастрономии М. к. используют для обнаружения целей и определения их важнейших геом. (размеры, конфигурация) и физ. (теип-ра, плотность, диэлектрич. проницаемость и т. п.) параметров. Для физ. сред характерно появление естеств, модуляции, возникающей при воздействии маги, или электрич. полей на излучающие материальные среды (см. Зеемана эффект, Штарка эффект), при рассеянии света на колебаниях кристаллич. решётки твёрдых тел Мандельштама — Бриллюэна рассеяние) и т. д. Понятие естеств, модуляции распространяют также на волны. Так, напр., волновой пучок достаточной интенсивности может изменять параметры среды и, как следствие, модулировать свою плотность (см. Самофокусировка света). При распространении волн в нелинейных диспергирующих средах (жидкостях, плазме) возникает явление автомодуляции волн, связанное с разл. видами неустойчивости волн по отношению к НЧ-пространственно-временныи возмущениям, Естеств. модуляция находит практич. приложение в радио- и оптич. спектроскопии для диагностики параметров разнообразных среД в нелинейной оптике для формирования мощных световых потоков в акустике и др. областях прикладной физики. Способы практич. реализации М. к. связаны, как правило, с нелинейными устройствами, параметры к-рых (в радиотехнике, напр,, это ёмкость, сопротивление в акустике — плотность, и т. п.) можно изменять во времени в соответствии с законом модуляции. Техн. устройства, реализующие М. к., наз. модуляторами. [c.178]

Энциклопедия по машиностроению XXL

Оборудование, материаловедение, механика и ...