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  

Знаете ли Вы, что электромагнитное и другие поля есть различные типы колебаний, деформаций и вариаций давления в эфире.

Понятие же "физического вакуума" в релятивистской квантовой теории поля подразумевает, что во-первых, он не имеет физической природы, в нем лишь виртуальные частицы у которых нет физической системы отсчета, это "фантомы", во-вторых, "физический вакуум" - это наинизшее состояние поля, "нуль-точка", что противоречит реальным фактам, так как, на самом деле, вся энергия материи содержится в эфире и нет иной энергии и иного носителя полей и вещества кроме самого эфира.

В отличие от лукавого понятия "физический вакуум", как бы совместимого с релятивизмом, понятие "эфир" подразумевает наличие базового уровня всей физической материи, имеющего как собственную систему отсчета (обнаруживаемую экспериментально, например, через фоновое космичекое излучение, - тепловое излучение самого эфира), так и являющимся носителем 100% энергии вселенной, а не "нуль-точкой" или "остаточными", "нулевыми колебаниями пространства". Подробнее читайте в FAQ по эфирной физике.

НОВОСТИ ФОРУМАФорум Рыцари теории эфира
Рыцари теории эфира
 03.12.2019 - 22:04: ВОСПИТАНИЕ, ПРОСВЕЩЕНИЕ, ОБРАЗОВАНИЕ - Upbringing, Inlightening, Education -> Просвещение от Марины Мелиховой - Карим_Хайдаров.
03.12.2019 - 11:12: ВОСПИТАНИЕ, ПРОСВЕЩЕНИЕ, ОБРАЗОВАНИЕ - Upbringing, Inlightening, Education -> Просвещение от Ю.Ю. Болдырева - Карим_Хайдаров.
30.11.2019 - 19:55: ТЕОРЕТИЗИРОВАНИЕ И МАТЕМАТИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ - Theorizing and Mathematical Design -> ФУТУРОЛОГИЯ - прогнозы на будущее - Карим_Хайдаров.
30.11.2019 - 18:13: СОВЕСТЬ - Conscience -> РУССКИЙ МИР - Карим_Хайдаров.
29.11.2019 - 08:14: ВОСПИТАНИЕ, ПРОСВЕЩЕНИЕ, ОБРАЗОВАНИЕ - Upbringing, Inlightening, Education -> Декларация Академической Свободы - Карим_Хайдаров.
27.11.2019 - 08:31: ВОСПИТАНИЕ, ПРОСВЕЩЕНИЕ, ОБРАЗОВАНИЕ - Upbringing, Inlightening, Education -> КОМПЬЮТЕРНО-СЕТЕВАЯ БЕЗОПАСНОСТЬ ДЛЯ ВСЕХ - Карим_Хайдаров.
27.11.2019 - 08:30: ВОЙНА, ПОЛИТИКА И НАУКА - War, Politics and Science -> ЗА НАМИ БЛЮДЯТ - Карим_Хайдаров.
27.11.2019 - 08:27: НОВЫЕ ТЕХНОЛОГИИ - New Technologies -> ПРОБЛЕМА ИСКУССТВЕННОГО ИНТЕЛЛЕКТА - Карим_Хайдаров.
23.11.2019 - 12:17: ЭКОЛОГИЯ - Ecology -> ЭКОЛОГИЯ ДЛЯ ВСЕХ - Карим_Хайдаров.
19.11.2019 - 09:07: ВОСПИТАНИЕ, ПРОСВЕЩЕНИЕ, ОБРАЗОВАНИЕ - Upbringing, Inlightening, Education -> Просвещение от Андрея Маклакова - Карим_Хайдаров.
18.11.2019 - 19:10: ВОЙНА, ПОЛИТИКА И НАУКА - War, Politics and Science -> Проблема государственного терроризма - Карим_Хайдаров.
Bourabai Research Institution home page

Bourabai Research - Технологии XXI века Bourabai Research Institution