Самофокусировка светового пучка

При распространении в атмосфере излучения СОг-лазера возможен нестационарный эффект кратковременного (до 10 с) охлаждения среды за счет особенностей процессов резонансного взаимодействия излучения с молекулами углекислого газа. Указанный эффект представляет интерес с точки зрения создания условий для самофокусировки светового пучка. [c.58]

Оптические свойства вещества зависят только от его природы и геометрической формы. Коэффициенты пропускания, отражения и рассеяния не зависят от интенсивности падающего света. Оптические свойства вещества зависят также от интенсивности излучения. В веществе скорость света зависит от его интенсивности. Происходит отклонение от прямолинейного распространения, в том числе самофокусировка световых пучков. Закон Бугера не выполняется. Наблюдается многофотонное поглощение и генерация гармоник. [c.57]

Фиг. 28. Схематическое представление самофокусировки светового пучка в среде ( р —длина фокусировки).

Наше простое описание охватывает лишь в грубых чертах многогранные и сложные явления, возникающие при самофокусировке отчасти эти явления и их причины до сих пор еще не получили удовлетворительного объяснения. Так, хотя наше представление позволило объяснить самофокусировку светового пучка и оценить пороговую мощность и фокусирующую длину, мы не могли сделать более точные предсказания о протекании процесса после начала самофокусировки. Для этого необходимо учесть нестационарности и высшие нелинейные порядки (см., например 15]). Наблюдалось, что при после сужения пучка примерно до Ю мкм происходит его распад на отдельные области фокусировки с диаметром порядка нескольких микронов. [c.200]

Сухорукое А. П. Тепловая самофокусировка световых пучков.— [c.263]

Самофокусировка светового пучка 519 [c.519]

Самофокусировка светового пучка [c.519]

Самофокусировка светового пучка 521 [c.521]

Самофокусировка светового пучка 523 [c.523]

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]

В 1965 впервые наблюдалась самофокусировка света, зарегистрированы поперечные нелинейные взаимодействия в нелинейной среде дифракционная расходимость мощного светового пучка подавляется нелинейной рефракцией, обусловленной нелинейной добавкой к показателю преломления (Ап = Лд/, [c.293]

Рис. 2. Картина нестационарной самофокусировки светового импульса а — форма импульса б — форма пучка.

Теоретическое рассмотрение расслоения световых пучков с конечной апертурой проведено в [71] для коллимированных и в [72] для сходящихся и расходящихся пучков. Образование нитей зависит от формы пучка, поскольку определяющая это явление интенсивность меняется в поперечном сечении. Таким образом, в реальном пучке, наряду с его самофокусировкой как целого (крупномасштабная самофокусировка), может развиваться разбиение пучка на нити (мелкомасштабная самофокусировка). При существенном превышении мощностью пучка критического значения мелкомасштабная самофокусировка доминирует. Отметим, что особенности пространственной неустойчивости встречных плоских волн обсуждаются в [73]. [c.104]

С действием радиационного давления в газовых и конденсированных средах связаны эффекты вынужденного рассеяния Мандельштама—Бриллюэна, стрикционный механизм самофокусировки лазерного пучка, пленение, нагревание и охлаждение резонансно взаимодействующих атомов и молекул в поле стоячей световой волны, селекция возбужденных и невозбужденных атомов [c.39]

Пороговая мощность для начала. самофокусировки часто маскирует порог для других нелинейных процессов, что может быть объяснено следующим образом. Когда мощность превосходит пороговую, световой пучок зашнуровывается, что влечет за собой сильное возрастание плотности мощности и напряженности поля внутри пучка если скорость возникновения нелинейного процесса зависит от напряженности поля в высокой степени, то она скачкообразно возрастет при достижении пороговой мощности поэтому часто нелинейный процесс становится наблюдаемым лишь при мощности, превы- [c.199]

Наличие таких нелинейных поправок к диэлектрической проницаемости приводит к существенному изменению характера взаимодействия и распространения интенсивных волн в нелинейной среде. При больших интенсивностях света условия согласования фазовых скоростей начинают зависеть от интенсивности это обстоятельство может влиять на характер параметрических взаимодействий (см, [72 ]). Однако наибольший интерес здесь представляет возможность появления эффектов самофокусировки и самоканализации мощных световых пучков [73 —75 ]. В среде с показателем преломления, возрастающим с ростом интенсивности света, диаметр фокусного пятна уменьшается, а при определенных условиях возможна и самоканализация пучка. Различные аспекты этой проблемы проанализированы в [73 —75 ], Заметим также, что зависимость показателя преломления от интенсивности световой волны может быть связана не только с нелинейной поляризацией, но и с электрострикцией, рассмотренной в гл. 4 этой книги в связи с вынужденным рассеянием Мандельштама — Бриллюэна, — Прим. ред. [c.231]

Заметим, что аналогичные задачи возникают и в теории самофокусировки световых пучков. Разработчики мощных лазерных систем давно столкнулись с явлением так называемой мелкомасштабной самофокусировки в активных элементах оптических усилителей. Ниже мы сконцентрируем внимание на проблеме устойчивости существенно закрити-ческих световых импульсов и лишь кратко обсудим взаимосвязь пространственных и временных самовоздействий. [c.101]

В этом параграфе мы обратимся к задачам использования солитонных эффектов для получения импульсов предельно малой длительности. Наиболее естественный путь — это использование самосжатия Л/ -солитонного импульса в волоконном световоде. По существу, речь идет о временном аналоге самофокусировки светового пучка. [c.204]

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]

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]

Управление поперечными взаимодействиями. Для эффектов, приводящих к нелинейному изменению угл. спектра, таких как самофокусировка и само дефокусировка, генерация диссипативных структур, пространственная бистабильность и мультистабильность, определяющую роль играет характерный масштаб поперечных взаимодействий 1. Мелкомасштабные поперечные взаимодействия ( 1 й — поперечного размера светового пучка) возникают за счёт дифракции ( диффузии лучевой амплитуды), диффузии частиц нелинейной среды, В системах с оптич. обратной связью, в нелинейных резонаторах ст. ы. двумерной обратной связью, используя относительно несложные преобразования светового поля, можно получить т — (см. раздел 7). [c.298]

Процессы самосжатия и саморасширения импульсов во многом аналогичны процессам самофокусировки и самодефокусировки световых пучков в стационарном случае. Последние наблюдают, если время отклика нелинейности меньше длительности импульса. При нестационарном самовоздействии световых импульсов нелинейная добавка 0и к показателю преломления (нелинейный отклик) среды определяется соотношением [c.338]

В случае нестационарной самофокусировки сверхкоротких световых импульсов (рис. 2, а) на переднем фронте импульса нелинейный отклик среды ещё не успевает установиться, поэтому эта часть импульса распространяется как в линейной среде, испытывая лишь дифракцию (лучи а и б рис. 2, б). При возникновении значит, добавки 6п на центр, и задней частях импульса световой пучок самофокусируется (лучи в, г и т. д. рис. 2, б). В результате световой пучок сверхкороткой длительности принимает форму рупора, как показано на рис. 2 (б). Для нелинейности, возникающей под действием элект-рич. поля, подобная картина самофокусировки наблю- [c.338]

Обусловленные нелинейностью показателя преломления эффекты самовоз-действия универсальны — они проявляются при распространении мощного лазерного излучения в газах, жидкостях и твердых телах. Интенсивное изучение различных аспектов самовоздействий световых пучков и импульсов, стимулированное открытием самофокусировки света, было начато в середине 60-х годов. Несомненно, физика самовоздействий и по сей день один из наиболее бурно прогрессирующих разделов нелинейной оптики. Именно при исследовании самовоздействий нелинейная оптика столкнулась с проявлением сильных нелинейных эффектов — временной и пространственной бистабильностью, генерацией структур, оптической турбулентностью — генерацией световых полей, не имеющих даже отдаленных аналогов в линейной оптике. [c.67]

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

Отсюда видно, что нелинейная среда для основной волны при обратной реакции ВГ в случае Ak>0 обладает фокусирующими свойствами, а при Ak<0 — дефокусирующими. Следовательно, процесс удвоения частоты интенсивных световых пучков будет сопровождаться самофокусировкой (Ak>0) или самодефокусировкой (Дй<0) основного пучка, т. е. в средах с квадратичной нелинейностью могут наблюдаться самовоздействия, аналогичные таковым для срЬд с кубичной нелинейностью. [c.117]

Эффект фоторефракции состоит в том, что в весьма интенсивном свете (генерируемом лазером) изменяется оптический коэффициент преломления диэлектрика в местах повышенного уровня освещенности. В мощных импульсах лазерного излучения за счет фоторефракции происходит самофокусировка лазерного пучка, распространяющегося в диэлектрике. В центре луча напряженность светового электрического поля выше и поэтому выше коэффициент оптического преломления (который увеличивается с напряженностью поля). [c.31]

Сущность явления самофокусировки проще всего понять, рас-сматривая входящий в однородную среду пучок с одинаковой по всему сечению амплитудой (рис. 10.1). Тогда в среде под воздействием пучка образуется как бы стержень из вещества с более высоким (при П2>0) коэффициентом преломления. Лучи, распространяющиеся внутри такого стержня под небольшим углом к его оси, испытывают полное отражение. Предельный угол луча с осью пучка 00, при котором происходит полное отражение, определяется соотношением (по+0о=по- При малых значениях этого угла os 00 1 — 0о/2, поэтому 0о л 2п2 о/по. Наклоненные к оси пучка лучи возникают в результате дифракции при ограничении диафрагмой его поперечных размеров, причем максимальный угол отклонения 0д ф по порядку величины равен к/а=ко/(поа), где а — поперечный размер пучка, Я,о — длина волны в вакууме. При 0д ф > >00 пучок света по мере распространения расширяется из-за дифракции, но это происходит медленнее, чем в линейной среде. При 4иф = 0о полное отражение полностью компенсирует дифракцию и площадь сечения пучка остается неизменной, т. е. пучок создает в среде своеобразный световод, в котором свет распространяется без дифракционной расходимости. Такой режим называется само-канализацией светового пучка. Приравнивая выражения для и 00, находим пороговое значение амплитуды Еотт = /(2поП2а ). Отсюда по известному значению пг для данной нелинейной среды можно оценить минимальную мощность светового пучка, необходимую для наблюдения этого явления. В случае сероуглерода и рубинового лазера (Я,о=694,3 нм) Ртш 20кВт. Для некоторых сортов стекла Ртш 1 Вт, что позволяет наблюдать явление даже в малоинтенсивных пучках лазеров непрерывного действия. [c.486]

Прямые измерения порога ММС, зашумленного с помощью травленой пластинки светового пучка [48], подтверждают эти оценки. В оптимальных условиях порог возникновения нитей самофокусировки увеличивался более чем в 4 раза по сравнению с пространственно-однородным пучком. [c.258]

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]

Для рассмотренной в 2.3 модели среды с анизотропными молекулами при = 10 м7В получаются критические мощности к порядка нескольких 10 Вт. Мощность Lк представляет собой порог, ниже которого не может происходить самофокусировка и самозахват, и пучок расходится вследствие дифракции. Следует заметить, что это соотношение не зависит от поперечного сечения светового пучка следовательно, самозахват света происходит независимо от поверхности, на которую распределяется его мощность. Вследствие существования этого порога приходится видоизменить соотношение между мощностью лазера и фокусирующей длиной (4.13-5), так как порог приводит к конечным значениям 1р уже при сколь угодно малых мощностях лазера. Из соответствующих экспериментальных данных, а также из более точных расчетов следует, что уравнение (4.13-5) необходимо заменить уравнением [c.199]

Самофокусировка и самодефокусировка подвержены сильному влиянию других нелинейных процессов, например вынужденного комбинационного и бриллюэновского рассеяний, а также параметрических эффектов. Но это влияние является взаимным. В целом вопрос о границах световых пучков и об их дифракции играет важную роль в нелинейных взаимодействиях [4.-3]. [c.484]

Из описанной качественной картины явления самофокусировки следует, что оно наблюдается только для ограниченных световых пучков. Однако хорошо известно, что ограниченные световые пучки имеют дифракционную расходимость, причем тем большую, чем меньше радиус пучка. Следовательно, при сжатии пучка вследствие нелинейной рефракции одновременно усиливается влияние и самофокусировки (вследствие роста интенсивности), и дифракции. Баланс между этими двумя противоборствующими явлениями и определяет результирующее поведение пучка. В частном случае, когда самофокусировка в точности компенсируется дифракцией, наблюдается явление самоканалирования — распространение светового пучка в среде без изменения своего диаметра. [c.186]

Влияние эффекта самофокусировки света. Процесс генерации сверхмощных световых импульсов может сопровождаться дополнительными нелниейно-оптическими эффектами н, в частности, эффектом самофокусировки света. Экспернмеитально обнаружено изменение временной структуры сверхкоротких световых импульсов в неодимовых лазерах, которое может быть объяснено влиянием самофокусировки излучения в активном элементе (см., напрнмер, 1127]). Обратимся в связи с этим к рис 3.53. Кривая 1 описывает форму светового импульса, которую он имел бы в отсутствие самофокусировки. Прямая АА фиксирует уровень мощности, отвечающий порогу эффекта самофокусировки. Когда мощность импульса в процессе его генерации достигает этого порога, проявляется самофокусировка излучения, вследствие чего возрастают потерн — световой пучок начинает рассеиваться через боковую поверхность активного элемента (см. правую часть рисунка). Указанные потери максимальны для наиболее интенсивной части светового импульса в результате образуется провал в той части импульса, которая должна была соответствовать максимуму его интенсивности. Поэтому реализуемая форма светового импульса описывается не кривой 1, а кривой 2 (см. рисунок). [c.385]

Однако, пожалуй, одной из наиболее интересных задач современной нелинейной оптики, в которой принципиальную роль играет конечное сечение светового пучка, является задача о самофокусировке и самоканализации интенсивного светового пучка. В среде, показатель преломления которой зависит от интенсивности световой волны [появление такой зависимости, как нетрудно видеть, связано с членами при (5)], показатель преломления внутри пучка может превышать показатель преломления вне пучка и, следовательно, лучи будут стремиться собраться к оси пучка [47]. Последнее должно, очевидно, приводить (при фокусировке в нелинейной среде) к изменению фокусного расстояния линзы и к изменению (как нетрудно показать, уменьшению) размеров фокальной области (эти явления могут быть названы самофокусировкой), а при определенных условиях к режиму волноводного распространения пучка (само-канализация). Эффекты самофокусировки и самокана-лизации можно проанализировать в том же квазиопти-ческом приближении, используя которое мы получили ураянения (17) и (18). Рассматривая среду, для которой показатель преломления п = По + А , я подставляя (16) в соответствующее волновое уравнение, получаем [c.25]

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]

О самофокусировке и самоканализации интенсивных световых пучков в нелинейной среде, ЖЭТФ, 50 (1966), 1537—1549. [c.592]

Самофокусировка света. Самовоздей ствия. При мощности светового пучка превышающей нек-рое критич. значе ние в среде, вместо обычно [c.460]

Энциклопедия по машиностроению XXL

Оборудование, материаловедение, механика и ...