Самомодуляция света. РЕАЛЬНАЯ ФИЗИКА. Глоссарий по физике

Самомодуляция света - самоиндуцированная фазовая или амплитудная модуляция (в пространстве или во времени) высокоинтенсивного оптич. излучения, распространяющегося в нелинейной среде. При падении на среду плоской монохроматич. волны самомодуляция развивается вследствие параметрической неустойчивости, в результате чего световой пучок разбивается на множество тонких нитей или на серию стационарных импульсов. Если волна первоначально имеет неоднородный профиль интенсивности, то в нелинейной среде сначала появляется фазовая самомодуляция света, которая затем ведёт к нелинейной трансформации амплитудного распределения. Пространственная фазовая самомодуляция света проявляется в искажении волнового фронта и приводит к самофокусировке света или самодефокусировке света, если среда имеет достаточную протяжённость. Временная фазовая самомодуляция света приводит к самокомпрессии и саморасплыванию импульса. Оптич. импульс

с нач. амплитудным профилем

(рис. 1, а) при распространении в нелинейной среде с показателем преломления

приобретает нелинейную фазовую добавку (рис. 1, б):

Здесь z - пройденное расстояние,

- групповая скорость на несущей частоте w₀,

- волновое число, n₂ - нелинейная добавка к показателю преломления. [Показатель преломления среды

, где

- наведённое световым полем изменение показателя преломления: если нелинейный отклик безынерционен, то

Мгновенная частота такого импульса меняется на величину (рис. 2, а)

Рис. 1. Фазовая самомодуляция: а - амплитудный профиль; б - нелинейный набег фазы.

Рис. 2. Фазовая cамомодуляция: о - нелинейная добавка к мгновенной частоте; б - нелинейные добавки к групповой скорости.

Фазовая модуляция при наличии зависимости показателя преломления n(w) пли фазовой скорости v(w) от частоты вызывает амплитудную. Действительно, групповая скорость u в среде, обладающей заметной дисперсией, зависит от частоты:

Т. о., в нелинейной диспергирующей среде разл. участки оптич. импульса имеют разные локальные групповые скорости, отличающиеся от групповой скорости в линейной среде на величину

(рис. 2, б), равную с учётом (2):

Если огибающая импульса имеет колоколообразную форму, напр, гауссовv (рис. 3, а), то в среде с g > 0 его фронт, где

распространяется быстрее его вершины, где

а хвост с

- медленнее, т. е. происходит расплывание импульса, самодекомпрессия (рис. 3, б). В среде с параметром g < 0 фронт идёт медленнее, а хвост быстрее вершины, вследствие чего происходит самокомпрессия. Точка самокомпрессии импульса длительностью Т₀, расположена на таком расстоянии l_К от входа в среду, на к-ром хвост догоняет вершину:

В точке компрессии импульс сжимаотся до мин. длительности:

Для увеличения комирессни (т. е. получения малых Т_к)часто выбирают две среды: первая с большой нелинейностью n₂, чтобы получить большую

, а вторая - с большой дисперсией нужного знака,

В точке компрессии образуется спектрально ограниченный импульс, обратная величина длительности к-рого равна частотной ширине импульса, вышедшего из нелинейной среды с фазой

Рис. 3. а - начальный импульс; б - компрессия и декомпрессия.

Волна, имеющая пост. амплитуду Е₀, распространяется в нелинейной среде с фазовой скоростью

Если среда имеет нелинейный дисперсионный параметр g < 0, то эта стационарная волна неустойчива, т. е. малые возмущения амплитуды и фазы в такой среде экспоненциально нарастают

и волна приобретает амплитудно-фазовую модуляцию.

Наиб. инкремент имеют временные возмущения с масштабом модуляции Т_В, таким, что Тогда из (5) следует:

Т. о., стационарная волна разбивается на серию импульсов длительностью Т_В.

Волновые пакеты в результате распадной неустойчивости разбиваются на совокупность солитонив оптических, а волновые пучки - на отд. нити.

Литература по самомодуляции света

Знаете ли Вы, что такое "усталость света"?
Усталость света, анг. tired light - это явление потери энергии квантом электромагнитного излучения при прохождении космических расстояний, то же самое, что эффект красного смещения спектра далеких галактик, обнаруженный Эдвином Хабблом в 1926 г.
На самом деле кванты света, проходя миллиарды световых лет, отдают свою энергию эфиру, "пустому пространству", так как он является реальной физической средой - носителем электромагнитных колебаний с ненулевой вязкостью или трением, и, следовательно, колебания в этой среде должны затухать с расходом энергии на трение. Трение это чрезвычайно мало, а потому эффект "старения света" или "красное смещение Хаббла" обнаруживается лишь на межгалактических расстояниях.
Таким образом, свет далеких звезд не суммируется со светом ближних. Далекие звезды становятся красными, а совсем далекие уходят в радиодиапазон и перестают быть видимыми вообще. Это реально наблюдаемое явление астрономии глубокого космоса. Подробнее читайте в FAQ по эфирной физике.