Динамическая голография в условиях оптического резонанса тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.05 ВАК РФ

ВЫВОДЫ

Разработаны физические основы одного из принципиально важных разделов динамической голографии - резонансной динамической голографии на базе явления индуцирования пространственно-периодических структур (решеток) в условиях одноквантового оптического резонанса.

1. Предложена, теоретически и экспериментально исследована возможность формирования динамических решеток в некогерентных резонансных средах (системах без фазовой памяти):

- обнаружен сигнал четырехволнового взаимодействия при накачке Se. , ColS^Se^(в матрице стекла) тремя попутными пучками света, явление описано в терминах рассеяния света на решетках возбужденных состояний атомов,

- предложен метод измерения времен релаксации возбужденных состояний по распаду светоиндуцированных решеток и разработан ряд технических решении схем голографических релак-сометров,

- сформулировано условие конусов для обеспечения фазового синхронизма при трехпучковой попутной геометрии формирования динамических голограмм,

- показаны возможности динамических резонансных голограмм в операциях преобразования волновых фронтов в реальном масштабе времени.

2. Показано, что ранее известные свойства атомных суперпозиционных состояний, возникающих при резонансном импульсном воздействии света на вещество с фазовой памятью, могут быть плодотворно использованы в оптической интерферометрии и голографии:

- теоретически доказано, что в среде с фазовой памятью интер-ферограмма оптических полей может быть получена при их поочередном действии, когда невозможна непосредственная интерференция этих полей;

- показано, что глубина пространственной модуляции этих решеток, формируемых на когерентных суперпозиционных состояниях атомов, определяется связью между временем поперечной релаксации и интервалом между импульсами накачки; предложен основанный на этой связи новый метод измерения полуширины линии однородного уширения, маскируемой неоднородным;

- проведено обобщение теории динамических решеток на суперпозиционных состояниях на системы с неоднородным характером уширения переходов; показано, что фон и глубина пространственной модуляции переходных решеток являются спект-ралъно-временными функциями, по параметрам которых могут быть измерены дипольные моменты атомных переходов и времена релаксации; исследованы условия формирования сфазирован-ных интермодуляционных переходных решеток при многоволновых взаимодействиях и рассеяние света на них;

- 'экспериментально обнаружено и исследовано новое переходное оптическое явление (формирование решеток на когерентных суперпозиционных состояниях атомов) в кристаллах рубина; изучено взаимодействие света с такими решетками, приводящее к дифракции и нелинейному рассеянию в форме фотонного эха;

3. Сформулирован общий принцип пространственно-временной голографии на основе суперпозиционных когерентных атомных состояний, позволяющий запоминать, воспроизводить и преобразовывать как пространственные, так и временные характеристики оптических полей:

- показано, что при однородном характере уширения переходов записываемая в переходных решетках информация, может быть восстановлена в сигналах линейной дифракции;

- предложена и обоснована реализуемая только в неоднородно-уширенных системах новая возможность использования явления фотонного эха для голографической записи, восстановления и преобразования волновых фронтов света (эхо-голография);

- исследованы свойства голографии на суперпозиционных состояниях атомов; показано, что при четырехволновом неодновременном взаимодействии поле отклика системы может быть сформировано в виде комплексносопряженной, либо точной реплики объектной волны в зависимости от порядка подачи опорной и объектной волн;

- показаны также возможности других преобразований волновых фронтов света такими голограммами (умножение фазовых возмущений , обращение волновых фронтов со сдвигом во времени);

4. Обнаружено и детально исследовано трехимпульсное фотонное эхо в геометрии обращения волнового фронта (обращенное фотонное эхо) в кристаллах рубина:

- экспериментально доказано, что обращенное эхо имеет ком-плексносопряженный волновой фронт по отношению к первой волне накачки; осуществлена коррекция фронта при помощи такой системы;

- проведено теоретическое и экспериментальное исследование влияния степени временного перекрытия встречных волн накачки на характеристики обращенного эха, обнаружены осцилля-торная зависимость сигнала эха на стадии перекрытия этих волн и экспоненциальный спад за пределами перекрытия;

- теоретически показано, что форма импульса обращенного эха зависит от соотношения между длительностью накачки, частотой Раби и величиной неоднородного уширения перехода;

- экспериментально обнаружено явление вынужденной деформации импульса обращенного эха и показано, что оно может быть использовано для управления параметрами световых импульсов (обострение фронтов, сжатие и расширение импульсов). Основные результаты диссертации опубликованы в работах

2,8,10,14,20-34, 38-42, 44,45/.

1. Gerritsen H.J. Nonlinear effects in image formation» Appl.Phys.Lett.,1967,10,9,239-241.

2. Штырков Е.И. Рассеяние света на периодической структуре из возбужденных и невозбужденных атомов.-Письма в ЖЭТ®.1970.12. 134-137.

3. Степанов Б.И., Ивакин Е.В., Рубанов А.С. О регистрации плоских и объемных динамических голограмм в просветляющихся веществах.-ДАН СССР,I97I,I96,J£ 3,567-569.

4. Woerdman J.P. Formation of a transient free carrier holograms in Si.-Opt.Comm.1970,2,5,212-214.

5. Mack M.E. Stimulated thermal light-scattering in the picosecond regime.-Phys.Rev.Letters, 1969,22,1,13-15*

6. Carman R.L.,Chiao R.Y.,Kelley P.L. Observation of degenerate stimulated four-photon interaction and parametric amplifica-tion.-Phys.Rev.Lett.1966,12,26,1281-1283.

7. Yariv А»,Auyeung J. Transient four-wave mixing and real time holography in atomic systems«-IEEE Journal of Quantum Electronics,1979,vol.QE-15,4,224-228,

8. Штырков Е.И. Динамическая голография в резонансных средах. ДЕП ВИНИТИ В 1145-74,1974,0.2-31.

9. Мустафин К.С., Селезнев В.А., Штырков Е.И. Использование нелинейных свойств фотоэмульсии для повышения чувствительности голографической интерферометрии.-Оптика и спектроскопия,19706,1186-1189.

10. Штырков Е.И. Голографический релаксометр.-Проблемы голографии ,МИРЭА,М.,1973,в.2,с.258-262.

11. Jarasiunas К.,¥aitcus J» Investigation of non-eguilibrium process in semiconductors by the method of transient holograms. -Phy s.Stat us Sol.(a),1977, Ц» 793-800.

12. Соскин M.C. Динамическая голография и преобразование лазерных пучков.-сб.Фундаментальные основы оптической памяти и среды, Вшца школа, Киев, 1978,9,с.3-21.

13. Сб.-Обращение волнового фронта оптического излучения в нелинейных средах, ИПФАН,Горький, 1979.

14. Штырков Е.И., Туриянскии Е.А. Генерация и распространение когерентного света в пространственно периодических структурах .-сб.Электромагнитное сверхизлучение,изд.Татполиграф,Казань ,1975,гл.71,с.166-204.

15. Staebler D.L.,Amodei J.J. Coupled-wave analisis of holographic storage in LiWbO^.-J.Appl.Phys.1972,42,1042-1045.

16. Стаселько Д.И., Сидорович В.Г. Об эффективности преобразования световых пучков с помощью динамических объемных фазовых голограмм. ЖТФ, 1974,4^, 580.

17. Кессель А.Р., %син В.М., Штырков Е.И. Влияние звука на перекачку энергии светоиндуцированными решетками .Квантовая электр. 1979,т.6,№,с.I376-I38I.

18. Eichler H.Y. Laser-induced grating phenomena.-Optica Acta, 1977,2£, 6,631-642.

19. Винецкий В.Л., Кухтарев Н.В., Одулов С.Г., Соскин М.С. Динамическая самодифракция когерентных световых пучков.-УФЫ,1979, 129,113-137.

20. Штырков Е.И. Формирование -интерферограмм в резонансной среде неперекрывающимися имульсами когерентного света.-Оптика и спектр.,1978,т.45,с.603-605.

21. Штырков Е.И. Динамические голограммы на суперпозиционных состояниях атомов.-Голографические методы исследований,ЛИЯФ, Ленинград,1978,с.II8-I30.

22. Штырков Е.И. Когерентность суперпозиционных состояний атомов при формировании транзиент-решеток.-Физические основы голографии,ЛИЯФ,Ленинград,1979,с.18-48.

23. Штырков Е.И., Лобков B.C., Ярмухаметов Н.Г. Светоиндуциро-ванная решетка, формируемая в рубине интерференцией атомных состояний. Письма ЖЭТФ,1978,т.27,в.12,с.685-688.

24. Штырков Е.И., Лобков B.C., Невельская Н.Л., Ярмухаметов И.Г. Индуцированные решетки в рубине, формируемые разнесеннымиво времени пучками света. В сб.Нелинейная оптика,Новосибирск, 1979,ч.1,с.81-87.

25. Shtyrkov E.I.,Nevelskaya N.L.,Lobkov V.S.,Yarmukhametov N.G. Transient light-induced spatial grating by successive optical coherent pulses.-Phys.St.Sol.(b),1980,^8,473-485.

26. Штырков Е.И., Моисеев С.А. Самодифракция света при неодновременном взаимодействии волн накачки. Оптика и спектр., 1981,т.50,в.6,с.1079-1083.

27. Невельская Н.Л., Штырков Е.И. Светоиндуцированные решетки на когерентных суперпозиционных состояниях атомов. В сб. Спектроскопия молекул и кристаллов, изд.Наукова думка, Киев,1980,ч.2.,с.99-107.

28. Невельская Н.Л., Штырков Е.И. Глубина модуляции пространственных переходных решеток при невырожденном взаимодействии. Опт.и спектр.,1982,52,3,с.437-443.

29. Штырков Е.И.,.Невельская Н.Л. Рассеяние света на сфазирован-ных в пространстве решетках когерентных суперпозиционных состояний.Опт.и спектр.,1982,52,5, с.857-862.

30. Штырков Е.И. Светоиндуцированные решетки когерентных суперпозиционных состояний атомов.-Изв.АН СССР, сер.физ.,1982, т.46,3,579-585.

31. Штырков Е.И. Генерация пространственно-периодических структур суперпозиционных состояний атомов.-УФЕ,1983.139.4.с.735-736.

32. Моисеев С.А., Штырков Е.И. Волновой пакет поляризации.-Опт. и спектр.,IS82,52,с.I09I-I0S4.

33. Моисеев С.А., Штырков Е.И. Свойства волновых пакетов поляризации в когерентных атомных системах.-Сб.Оптическая голография, Наука, Л., IS83.

34. Штырков Е.И. Волны поляризации в системах с фазовой памятью.-Сб.Физические основы голографии, ШЯФ, Ленинград, 1981, с. 6-12.

35. Kurnit N.,Hartmann S. Interaction of radiation with solids, Plenum Press,Inc.N.Y.1967,693»

36. Смоляков Б.П., Штырков Е.И. Дискретное эхо в ниобате лития. Письма в ЖЭТФ,1976,т.24,в.2,с.64-66.

37. Кессель А.Р., Сафин И.А., Гольдман A.M. Макроскопический аналог спинового эха в поликристаллических сегметоэлектриках.-Физ.Тв.Тела,1970,т.12, с.3070-3073.

38. Штырков Е.И., Самарцев В.В. Резонансная динамическая голография и оптическое сверхизлучение.-Сб.Электромагнитное сверхизлучение ,Татполиграф,Казань,1975,гл.10,с.398-426.

39. Штырков Е.И.,Самарцев В.В. Отображающие свойства динамических эхо-голограмм в резонансных средах. Опт.и спектр.,1976, т.40,в.2,с.392-393.

40. Самарцев В.В., Штырков ЕЛ. Акустическое преобразование волновых фронтов в резонансных эхо-голограммах, Физ. Тверд.Тела. 1976,в.I0,c.3I40-3I4I.

41. Shtyrkov E.I.,Samartsev V.V. Dynamic holograms on the superposition states of atoms.-Phys.St.Sol»(a).1978,45«647-655.

42. Штырков Е.И. Динамическая эхо-голография.-Сб.Голография и оптическая обработка информации, Изд.ЛИЯФ,Ленинград,1980, с.188-203.

43. Heer O.V.,McManamon P.P. Wavefront correction with photon echoes.-Opt.Commun.1977,22,1,49-50.

44. Штырков Е.И., Лобков B.C., Моисеев С.А., Ярмухаметов Н.Г. Характеристики обращенного фотонного эха при неодновременном четырехволновом взаимодействии в рубине. КЭТФ,1981,т.81, в.6 (12), с.1977-1986.

45. Shtyrkov E.I.,Moiseev S.A.,Lobkov V.S.,Yarmukhametov N.G. Forced deformation of reversed three-pulse photon-echo signal on the ruby Rj-line.-Phys.St.Sol.(a), 1982,20,K93.