Динамические голограммы на резонансной и тепловой нелинейностях и их применение тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.05 ВАК РФ

рт Б. OR

I а р. V ;

7 1 ЙНЯ НАУК РЕСПУБЛИКИ БЕЛАРУСЬ

ОРДЕНА ТРУДОВОГО КРАСНОГО ЗНАМЕНИ ИНСТИТУТ ФИЗИКИ им. Б.И.СТЕПАНОВА

УДК 535.3 + 778.328 На правах рукописи

И8АКШ Евгений Васдльэвич

ДЮШЖЕОЯИЕ ГОЛОГРАММ НА ЕКЗОНШЯШ И ТЕПЛОВОЙ 1ЕЯИНЕЯН0ОТЯХ И ИХ ПРИМЕНЕНИЕ

СП.04.05 - онтвкэ

АВТОРЕФЕРАТ диссертаций не сокскаяиа ученой стегани доктора фязико-матвмзтическах из.ук

Минск - 1995 г.

Работа выполнена в Ордена Трудового Красного Знамени Институте Физики АНБ

Официальные оппоненты : члэн-корреспондент AHB, профессор

А.П.Иванов

член-корреспондент AHB, профессор A.A. Ковалев

доктор:физико-математических наук Д.И.Стаселько

Ведущая организация : . Институт Физики HAH Украины

Защита соотоитоя "__;_"_1995 г. в 14 чесов на

заседании Специализированного Совета Д 006.01.01 по защите диссертаций при Институте Физики АНБ в зале заседаний института (220602, Минск, пр. Ф. Скоринн, 70).

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Института Физики АНБ.

Автореферат разослан ге " февраля J995 г.

Ученый секретарь

Специализированного Совета

доктор физико-математических

наук, профессор \ßA.<lttif*dj Г.А.Залесская

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы

Основополагащие работы Э.Лвйта, Ю.Упатниекса и В.Н.Двшюжа 1962-1963 г.г. и достижения квантовой электроники привел! к возрождению гологро&ш на ноеом уровне. Вместе с огрсшшми возможностями и перспективами голографии б рэшешш задач записи и восстановления волновых фронтов стали очевидны ее ограничения, связанные со статическзм характером операций, осуществляемых заданной голограммой над заданными сЕвтовыми полями. В конце иестидесятых годов для существенного повышения скорости голографирования были предприняты пэрЕЫэ попытки использования келинейнооптических мэхашзмоа взаимодействия света о веществом для скоростного преобразования пространственно - углоеоЯ структуры волновых фронтов. Четко наметивиееся в это время взаимное проникновение идей нелинейной оптики и голографии впоследсгвие привело к роздэнию нового научного направления -динамической голография.

В этот триод актуальным было с одной стороны выяснить новые возможности динамической голографии в задачах управления световыми пучками, а с другой - определить те механизмы взаимодействия света с веществом, которые наиболее эффективно могут воспроизводить тонкую пространственную структуру регистрируемого волнового поля. Особое значение юлели исследования быстродействия и светочувствительности нелинейной среда, связанных с релаксацией и нэлинвйноолтическш откликом Еекества, используемого для записи и обработки волнового фронта.

Задачей динамической голографии является преобразование пространственной структуры или энергетических параметров модулированных световых лучков в масштабе времени, определяющемся используемым нелинейтаоптичоским механизмом. Это потребовало разработки новых оптических схем многопучконзго взаимодействия с учетом угловой селективности динамической голограммы,

пвреналожения пучков самодофзакции, эффектов энергообмека и т.д. Актуальные Сыло также еыяснить возможности применения динамических решеток в нелинейной спектроскопии для изучения временных и амплитудных параметров светояндуцированного отклика среда.

Цель работы

Налью работы является : развитие фундаментальных и прикладных аспектов дешамичаской голографии и разработка новых принципов пространственно-временного преобразования волновых Фронтов на безе налинейноолтического взаимодействия света о веществом ; поиск механизмов записи динамических голограмм с высоким быстродействием и светочувствительностью : разработка новых методов и схем скоростной: оптической обработки информации; анализ возможностей применения динамических решеток в нелинейной спектроскопии дяя изучения амплитудных и релаксационных параметров вещества.

Научная новизна работы

Научная новизна работы определяется тем, что в ней установлены новые закономерности преобразования нелинейными средами сватовых полей со сложной пространственной структурой, а иманно:

1. Обнаружено явление обращения волнового фронта (ОВФ) при вырожденном четырохволновом взаимодействии (ВЧВВ) в нелинейной сроде.

2. Предложен новый механизм записи динамических гологрвмм с повышенной чувствительностью ; насыщение коэффициента усиления инверсной резонансной среды.

3. Теоретически и экспериментально изучен тепловой режим поглощавшего слоя в интерференционном поле когерентного излучения при нерезонансном взаимодействии в условиях импульсного и непрерывно - модулированного возбуждения.

4. Исследованы закономерности формирования и релаксации

акустических волн, возбуждаемых импульсным интерференционным шлем в поглощающей среде. Экспериментально показано, что в четырехволновом ОВФ-зеркале в условиях быстрой термвлизация поглощенной энергии возможно формирование двух акустических решеток: мвга- и гигагерцового диапазонов.

5. Предложен новый тип ОЗФ-зеркйла, в котором вместе с обращением волнового фронта осуществляется инверсия контраста обращенной волны.

6. Теоретически и экспериментально исследованы процессы переноса изображения через фазово-неоднороднне среда и предложена метода улучшения качества изображения, основанные на эффектах накопления безопорннх голсгрсмм сфокусированного изображения и исяользукщие корреляционные сеойствэ регистрируемого ноля.

Практическая еначкиость результатов работы

Практическая значимость результатов работа заключается в разработке новых методов и схем пространственного преобразования сЕетовнх пучков в реальном времени, методов исследования физических параметров среды, обладающих преимуществами перед известными. В частности:

1. Разработан новый оптический влэмант адаптивной оптики -нелинейяооптическоэ четнрехволноюе ОБФ-зэркэло, с помощью которого возможна коррекция формы волнового фронта и осуществление других операций над сватовыми пучками в реальном времени.

2. Разработаны метода однонаправленной передачи оптического сообщения через фазово-неодкороднш среды, основанные на пространственной модуляции одной из взаимодействующих если в схема ОВФ при ВЧВВ. Прэдлокешцй адаптавшй принцип устранения спекя-шумов в изображении мокзт нййти применение в когерентных системах оптической записи и преобразования киздкетрог,

3. Предложи и создан динамический коррелятор, дойств;:?, которого основано на попутном трехпучяовом взаамодойстш':' когерентных световых волн в нелинейной среде и котор:.:П

- о -

предназначен для осуществления операций свертки и корреляции изменяющихся пространственных образов.

4. Разработан ВЧВВ-метод измерения корреляционной ширины ультракороткого лазерного импульса, который в сравнении с известными методами более универсален и не дает постоянной фоновой подставш.

5. Предложен метод фотоакустичоской спектроскопии, предполагающий импульсное возбуждение в исследуемом вещества, помещенном в поле встречных световых пучков, гилерзвуковнх монохроматических волн за счет термаяизаиаи поглощенной энергий. Метод позволяет в условиях перекрывающихся полос поглощения выделить те из них, которые соответствуют корозковивущим энергетическим уровням.

6. Разработаны метода, основанные на формировании в Еащасгвэ стоячей или бегущей динамической решетки к исследовании дифракции на ней пучка зондирования. Они характеризуются высокими временным разрешением и чувствительностью в сочетании с простотой осуществления.

7. Создан макет лазерного терморолаксометра, предназначенного для измерения температуропроводности конденсированных сред, в котором реализован предложенный метод измерения теялофизических параметров вещества. Макет оОеспечивает высокую точность и производительность измерений и в настоящее время используется для исследования как наиболее низкотеплопроводных материалов (пластмассы, стекла, теплоизоляционные минералы), так и наиболее высокотеплопроводных сред, известных в природе, таких как природные и синтетические алмазы. Макет взят за основу для дальнейших приборных разработок.

Многие результаты, полученные диссертантом, нешли свое отражение в обзорных статьях и монографиях других авторов.

Основные половешш, шнос:шые на защиту

I. При воздействие на нелинейный слой сигнального пучка со

сложной формой волнового фронта и двух плоских встрэчии воля накачки в результате вырожденного четирехволнового взаимодействия формируется световой пучен с волновым фронтом, обращенным но отношении к фронту сигнального пучка. Явление монет быть использовано для адаптивной коррекции форма волнового фронта в реальном масштабе времени.

2. Насыщенна усиления инверсной среды как новый механизм записи динамических голограмм и обращения волнового фронта позволяет повысить эффективность взаимодействия пучков в нелинейной среде и осуществить обращешиз волнового фронта с высоким коэффициентом отражения при малой интенсивности падающих золн.

3. Попутное трехдучковое взаимодействие в тонком нелинейном слое в схеме, содержащая Фурье-преобразугацшэ линзы, приводит к формированию пучков самодифракции, описывоюгцяхся пространственными Функциями типа свертки и корреляция входных образов. Разработанный динамический коррелятор открывает возможности оперативного распознавания объектов, изменяющихся во времени.

4. При вырожденном чэтнрэхволнсвом взаимодействии в условиях амплитудной модуляции «Зотовых пучков существует полоса пространственны* частот, которые передаются обращенной волной через тонкий фазово-нэоднороданй слой Оез искажений. Ширина полоса зависит от геометрии взаимодействия, толщины нзликэйного слоя, расстояния до фазово-иеодиородного слоя и его параметров. В предельном случае совмещения плоскостей амплитудного транспаранта и неоднородного слоя обращенная волна осуществляет адаптивное устранение спекл-структуры в когерентном изображении.

5. Сочетание операцией обращения волнового фронта л инверсии контраста в распределении амплитуда поля сформированной волны открывает возможности. управления световым! гг/чками в средах с амплитудными неодпородиостямк.

6. Запись бэзопорпых голограмм сфокусированного изсОражашад в свете с частичной пространствчнной когерентностью улучшает частотно-контрастную характеристику системы видения чэрэз рэссеивавдкв среди без операции накопления гслограмм и позволяет реализовать когерентную фильтрацию изобретения в реальном масштабе времени.

7. Экспериментальные результаты возбуждения гшэр-акустической волны в ОВФ-заркала и предложения ев использования в фотоакустической спектроскопии гиперзвукового диапазона для селективного исследования энергетических уровней' с малым временем термализации поглощенной энергии.

8. Разработка и метрологическое обоснование импульсного и фазового фототермических методов измерения теплофизическмх параметров среды путем возбуждения тепловой динамической решетки и их применение для исследования твердых тел с низким фототермическим откликом и предельно высокой теплопроводностью.

Алробацзш работы

Основные результаты диссертационной работы докладывались на многих всесоюзных и международных конференциях, совещаниях и школах : Всесоюзной конференции "Автоматизация научных исследований на основе применения ЭЦВМ" (Новосибирск-1970), II Всесоюзной конференции "Физические основы передачи информации лазерным излучением" (Ииев-1970), XVII Всесоюзном съезде по спектроскопии (Минск-1971);, i,li,lli,iv,v, vi Всесоюзных конференциях по голографии (Тбилиси-1972, Киев-1975, Ульяновск-1978, Ереван-1982, Рига-1985, Витебск-1990), VI, VII, VIII, IX, X Всесоюзных конференциях по когерентной и нелинейной оптике (Минск-1972, Ташяент-1974, Тбилиси-1976, Ленинград-1978, Киев-1980), VIII, X, XV,XI,XIII, XVI Всесоюзных шкалах по голографии (Минск-1976, 1978, 1983, Ростов Великий-1979, Сочи-1981, Куйбышев-1985), III, IV, V Всесоюзных школах по оптической обработке информации (Рига-1980, Минск-1982, Киэв-1984;, Всесоюзных конференциях "Оптика лазеров" (Ленинград-1978, 1981, 1982, Санкт-Петербург-1993), I Всесоюзной конфоренции по оптической обработке информации (Ленинград-1988), VI и VIII Вавилонских конференциях по нелинейной оптика (Иоьосибирсн-1979, I98S), I и И Всесоюзных конференциях "Обращение волнового фронта лазерного излучения в нелинейных средах" (Минск-1386, 1989), Международных конгрессах по прикладной голографии "Interkamera" (Praha-1978, 1981),

International Conference on Optioal Computing In Researoh and Development (Vieegrad-1977), 7th Conference on Quantum EleotronioB and Nonlinear optioe (Poznan-197Q), II И III Всесоюзных конференциях "Лазеры на основэ сложных органических соединений и их применение" (Душзнбэ-1977, Ужгород-1980), 8th International Topical Keeting on Fiiotoaooustio and Photothermal Phenomena (Pointe-a-Pitre-1994)> Ernst Abbe Conference (Jena-1987)> Международной школе-семинаре "Современные экспериментальные методы исследования процессов тепло- и массообмена" (Минск-1987), ICO-16 Satellite Conference on Aotive and Adaptive Optics (CJarohing-199Э). International Conference on Holography, Correlation Optica and Recording Materials (ChernoTtsy-1993). X7 Congress ICO "Optioe in complex systems" (Munchen-1990), СЫЗО/Europe International Conierenoe (Am3terdajs-1994).

Основные результата диссертационной работы изложены в 53 научных публикациях з отечественных и зарубежных изданиях и -и авторски, свидетельствах. Список опубликованных работ приводен в конце автореферата.

Структура я оОьеи дкссертвцгщ

Диссертация состоит из Введения, пяти глав, содержащих оригинальные результаты, Заключения и списка цитируемой литература, вклпчящэго 249 наименований. Литературный обзор по обсуядаемнм проблемам- дается в казздой главе в отдельности. Диссертация изложена на 244 страницах, содергет 80 рисунков и две таблицы.

Лгшкгй Вклад евтора

Содержание диссертации отражает персональный вклад автора в опубликованные работы. Постановка ряда задач осуществлялось совместно с членом-корреспондентом АКБ Рубановым А.С. Многие работы выполнены з соавторстве с учениками, в также в творческом содружестве с сотрудниками Института Физики АНБ и другта научных

- Э -

учреждений. Автором осуществлялся выбор направления исследований, постановка задачи, планирование эксперимента, участие в его проведении и обсуждении полученных результатов.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во ВВЕДЕНИИ дано краткое ' изложение рассматриваемой проблемы, обоснована актуальность теш и сформулирована цель работы. Приведены основные положения, выносимые на защиту, отражена научная и практическая значимость полученных результатов, а таюке изложена структура диссертации.

В ПЕРВОЙ ГЛАВЕ рассмотрены вопросы записи динамических голограмм (ДГ) в резонансных средах, в которых удачно сочетаются быстродействие и амплитуда отклика (чувствительность). Доступность и простота работы сделала растворы красителей, достаточно популярными в исследованиях. Специфика применения таких сред для записи ДГ состоит в наличии сопутствующего теплового механизма регистрации светоадго поля.

В разделе.1.1 рассмотрены два случая записи ДГ в жидкостных растворах красителей, когда, несмотря на тепловыделение в слое, восстановление ДГ происходит только за счет резонансного механизма, связанного с переходом активных молекул в возбужденное состояние. Низкочастотные ДГ позволяют реализовать временное разделение механизмов записи и отселектировать резонансный механизм, характерное время которого несколько наносекунд, от теплового, развивающегося со скоростью звука в жидкости. Выполнены спектральные исследования дифракционной эффективности резонансных ДГ, восстанавливаемых в полосах поглощения и люминесценции красителей.

Экспериментально исследованы поляризационные и энергетические свойства восстановленного светового поля при записи ДГ ортогонально поляризованными пучками, когда отсутствует пространственная модуляция интенсивности возбуждения.

Первому наблюдению аффекта обращения волнового фронта со

- ю -

сложной пространственной структурой при выровденном четырехволновом взаимодействии и особенностям записи резонансных ДГ в красителях посвящен раздел 1.2. Предложена схема ВЧВВ с встречными волнами накачки, приведенная на РиоЛа, как наиболее приемлемая с точки зрения выполнения условий фазового синхронизма и которая оказалась весьма популярной в дальнейших работах других авторов да ОВФ.

I мрад

I 2

Рис.1. Оптическая схема (а> и распределение интесивности в дальней зоне обращенной волны при отсутствии (б) и наличии (в) неоднородной среды.

В качестве источника света для формирования встречных сравнительно мощных пучков накачки и слабой сигнальной волзш использован моноишулъсный рубиновый лазер о угловой расходимостью излучения 5,5 мрад и длиной когерентности около 40 см. В момент дейстзия лазерного импульса в нелинейном слое формируются две динамические голограммы - отражательная и пропускающая - как результат взаимной когерентности всех трех падающих волн. Независимо от наличия фазовонеоднородной среди 7, которая увеличивала расходимость сигнального пучка почти до 100 мрад, обращенный пучек не изменял своего распределения по

сечению в промежуточной зоне, а также в фокусе длиннофокусного объектива (Рис1б,в).

Результаты по исследованию ОВД импульсов пикосекундной длительности со сложным волновым фронтом содержатся в п.1.2.2. В экспериментах источником возбуздения служил лазер на рубине с активной синхронизацией мод, разработанный в лаборатории нелинейной спектроскопии Института. Раствор криптоцивнина в этаноле применен в качестве нелинейной среда. Фотометрирование распределения освещенности в дальней зоне обращенного пучкв показало высокое качество обращения.

Предложено измерение корреляционной ширины УКИ путем последовательной задержи сигнального пучка относительно накачки. Данный принцип исследования временных параметров УКИ выгодно отличается от других известных нелинейных методов своей универсальностью и отсутствием фоновой подставки.

В п.1.2.3. приведены данные по резонансной зашей динамических решеток в парах ПОПОП и /?-динафтиленоксида на длине волны второй гармоники моноишульсного лазера на рубине. Полученные зависимости вффектквности евмодафракции от плотности паров имеют типичные для насыщающихся сред максимумы. Их смещение в сторону больших оптических плотностей по отношению к величине = I, характерной для линейно поглощающих сред, связано с просветлением паров.

Особенностям записи динамических голограмм в полимерных пленках, активированных красителями, посвяшен материал п.1.2.4. Исследованы два типа нелинейных сред: раствор флуоресценина в твердой ортоборной кислоте и метиловый красный в матрице ШММА, характеризующиеся невысокой мощностью насыщения метастабильншс энергетических уровней. К моменту постановки наших работ по ОВФ излучения непрерывных лазеров вопросы записи ДГ в средах такого типа оставались недостаточно изученными. В частности, не были известны энергетические параметры ОВФ при ВЧВВ и кинетика формирования обращонной волны в нестационарном режиме записи.

Зависимости эффективности самодифракции в и коэффициента отражения обращенной волны к от начального пропускания слоя флуоресцеина в ортоборной кислоте имеют максимум в области

пропускания 0,2-0,25, Наибольшее значение и составило порядка одного процента при плотности накачки I Вт/см2 для х = 476 нм. Во временном поведении интенсивности самодифракции и обращенного пучка при ступенчатом включении всех взаимодействующих волн наблюдается более или менее выраженный максимум. Аналогичная закономерность для эффективности самодифракции теоретически описана нами ранее для двухуровневой системы и объясняется временным поведением пространственной модуляцюш разности населенностей уровней .

Запись ДГ в взо-красигеле метиловом красном в полимерной матрице ГВДА обусловлена свэтоиндуцированным изменением стереоформы молекулы красителя. Как выяснилось, данная регистрирующая ореда имеет два вида памяти: оперативную и долговременную с временами релаксации 0,1 - 1,3 сек в зависимости от температура матрица и несколько суток соответственно. В системе мд/ШМА экспериментально наблюдался также эффект "тренировки" пленки, заключавшийся в том, что повторная запись ДГ идет с большей скоростью. Рассмотренные особенности записи ДР в пленках язокрасктолей еще недостаточно изучены и вероятнее всего связаны с возникающими механическими напряжениями в жесткой матрице, вызванными светоиндуцкрованнкми изменениями стереоформы молекул.

Раздел 1.3 посвящен амплитудной селекции обращенной волны за счет просветления нелинейного поглотителя. В отличие от ВШБ, ВКР или суперлюмкнесценции, где выделение обращенного пучка происходит за счет усиления соответствукдих компонент, в данном случае кЩэкт 0К5 имеет место вследствие поглощения в нелинейкой среде шля, некоррелированного но отношению к Полю накачки. Соглзсно проведенным экспериментам, только небольшая доля излучения, отраженного в обратном направлении, имеет обращенный волновой фронт. Некоррелированная часть излучения равномерно рассеивается в широком угле, образуя диффузный фон малой яркости.

Несмотря на то, что селекция ОВФ при просветлении не столь эффективна, как при ВРМБ или ВКР, рассмотрешшй эффект обладает достоинствам!, связанными с отсутствием сдвига частоты к низким

Т.З -

порогом. Это может быть использовано при создании обращающего фототропного затвора, как элемента квантовой электроники.

Раздел 1.4. содержит сведения о записи резонансных ДГ и

ОВФ в прямозонном полупроводнике cas в условиях температурной

подстройки ширины запрещенной зоны в области hu/Eg > 0,9.

Исследованы зависимости К от уровня возбуждения, толщины и

температуры образцов. О приближением Е„ к Ы коэффициент

о

отражения рвотет , так как растет модуляция показателя преломления кристалла, а затем R уменьшается вследствие сильного поглощения обращенной волны. Область максимального коэффициента отражения Я « Ятах смещается в сторону меньших температур с увеличением уровня возбуждения или толщины образца. Таким образом, можно оптимизировать режим достижения необходимых коэффициентов отражения. Оценки показывают, что уменьшение длительности лазерного импульса короче по крайней мере на порядок эффективного времени жизни ДГ позволит получить Я » 40Ж при уровне возбуждения не более 250 кВт/см2.

Для практических целей желательно реализовать потенциальные возможности получения R > I, заложенные в четырехволновую схему взаимодействия, при как можно меньших интенсивностях накачки. Во ВТОРОЙ ГЛАВЕ показано, что растворы красителей позволяют реализовать низкоэнергетическое и эффективное взаимодействие путем дополнительной подкачки нелинейного слоя сторонним сватовым пучком, некогерентным по отношению к взаимодействующим волнам. Результаты исследования усиливающих динамических голограмм, изложенные в разделе 2.1, позволяют сделать вывод о перспективности использования механизма насыщения усиления вместо поглощения для эффективного ОВФ в возбужденных красителях.

В среде с отрицательным коэффициентом поглощения динамическая голограмма может записываться за счет пространственной модуляции коэффициента усиления, обусловленной его насыщением. При оптическом способе создания инверсии возможен и другой вариант записи усиливавшей ДГ: падающие волны в полосе поглощения красителя создают пространственно-неоднородное распределение коэффициента усиления, которое

считквается в полосе усиления .

В пйрвых экспериментах по записи усиливающих ДГ пропускавшего тша использован полиметинсвый краситель # 4568 в этиленгликоле, имеющий поглощение иа длине волны генерации рубинового лазера и усиление с максимумом на длине волны 730 нм. В одаш из интерферирующее пучков от лазера на рубине вводился транспарант. Считывание трехмерной усиливающей голограммы осуществлялось вынужденным излучением, генерируемым лазером, в котором активной средой выступала сама усиливающая ДГ. Восстановление мнимого изобрвшзнип наблюдалось только при выполнении условия Брэгга. Получена дифракционная эффективность 200 при плотности энергии ачитыввния 10"® Дя/см"'.

В случае записи ДГ в полосе усиления прохождение объектной и опорной волн сопровождается увеличением их интенсивности до наступления эффекта насыщения, которое и обуславливает запись ДГ. Сформированные пучки евмодифракции такзта усиливается. В результате при малых входных интенсивностях можно получить ггащшю пучки сашдзфракцин. Для порогового значения входной интенсивности, соответствующей начальному участку кривой насыщения усиления, получено соотношение, которое описывает основша закономерности записи голограм?,ш в усиливающем слое красителя.

Из расчетов следует существование оптимума по накачке красителя, при которой чувствительность записи максимальна. Зтот результат обусловлен конкуренцией между ростом усиления и уменьшением эффективного параметра нолинейности. Эксперимент показал, что эффективность ссмодифракции 1) становится заметней величиной при выходе слоя из решила лилейного усиления, что качественно согласуется с теоретическими оценками. О ростом мощности накачки, а следовательно и начального усиления вплоть до 1000 эффективность евмодабоакцки растет до 12% при плотности

с «

анергии ваписыващих пучков 10 Дж/см" . Сопоставление чуЕствительпостей к записи ДГ на основе механизмов усиления и поглощения показывает, что максимальный выиграя примерно равен величина усиления в нелинейном слое, что согласуется с экспериментальными результатами.

Б раздел 2.2. вклшеш результата исследований ОВФ при ВЧЧЗ

в усиливающем слое красителя. В эксперименте использован высокоинтенсивный УАО- лазер с модуляцией добротности типа "Рранат-ОВФ", разработанный в лаборатории лазерных систем и приборов ИФ АНБ.

Рис.2. Зависимость Я от интенсивности накачки при интенсивности сигнала 1а=1СГ5(1),7-1СГ4(2) и 10~2(3)? Дж/см2

Из графиков Рис.2 видно, что увеличение 1д снижает эффективность ОВФ и смещает максимум Я в сторону более высоких мощностей опорных волн. Максимальное значение Я = 100% реализовано при плотности энергии пучков накачки ~ 2,5-1СГ3 Дж/см"", что значительно ниже интенсивности просветления слоя красителя в центре полосы поглощения (0,1 Дк/см ). Коэффициент отражения обращенной волны равный Ь% получен при рекордно низкой накачке 10~5 Дж/см2. Вторичный рост Я на Рис.2 связан с включением в процесс ВЧВВ теплового механизма модуляции показателя преломления раствора за счет переходов между возбужденными состояниями молекул красителя.

Самодифракция и ВЧВВ в растворах красителей при подкачке в возбужденном канале рассмотрены в раздело 2.3. Первая работа но исследованию влияния норхлих энергетических состояний красителя на :«Мокти11Ность самодифракции била выполнена нами в 1973 г. В

ней показано, что формирование ДГ на основной частоте лазера возможно лишь при наведении поглощения в слое родамина 6Ж с помощью второй гармоники этого же лазера. Измеренное значение наведенного поглощения на длине волзш 1,08 мнм в слое толщиной 200 мкм Сило мало и не превышало 1%. Это является основной причиной невысоких усилений отражения при ВЧВВ в таком ве красителе, полученных наш в последующих экспериментах по ОВФ.

В ТРЕТЬЮ ГЛАВУ вкличены результаты исследования ДГ с тепловым механизмом записи. Образование тепловых динамических решеток (ТДР) в поглощающем слое является наиболее распространенным процессом взаимодействия интерференционного поля излучения с веществом. В просветляющихся средвх за счет бозызлучатэльних переходов часть поглощенной световой онэргии неизбеяно переходит в тепло. В раздела 3.1. рассмотрен тепловой режим поглощающего слоя в интэрференцконпом поле когерентного излучения с учетом теплообмена слоя с окружающей средой в случав ориентации штрихов ТДР нормально и параллельно слою. Термооптические и термодинамические параметры вещества считаются постоянными. Решение одномерного уравнения теплопроводности с периодическими источниками тепла показывает, что процессы формирования и релаксации пропускагацях и отражательных ТДР в теплоизолированном слое протекают одинаково. В частности, после прекращения действия возбуждающего излучения высота фазового рельефа ТДР ушныгаэтел и дифракционная эффективность релаксирует в соответствие с выраконием

1>г (П = 5 [ дг вхр (~г/т) ] ,

гд'< д* - акшштуда фэ-зовс-й модуляции в термически возбужденном слое к момчнту окончания грещчго импульса, *• - л*/4«*ж, х коэффициент темазратуропроводносш ьеаостза, л - период ТДР. При милом начальном значении дифракционной эффективности релатки релаксация .дифракции происходит по экспоненциальному закону. Данное обстоятельство использовано ноля для фототермического измерения температуропроводности веществ.

Импульсный режим записи ТДР излучением видимого диапазона был использован нами для исследования самодифракции растворов красителей в некоторых органических жидкостях , а такие для исследования ОВФ в чистых растворителях, облучаемых радиацией от одномодового TEA С0а-лазера (Раздел 3.2). При плотности энергии 0,7 Дн/см2 в олое бенаолв получен коэффициент отражения 2Ж.

В разделе 3.3 рассмотрены особенности Формирования ТДР при непрерывно-модулированном возбуждении. Исследованы случаи стоячих и бегущих периодических пространственно-временных распределений источников тепла. В установившемся режиме мезвду возбуждением и реакцией среды возникает фазовый сдвиг:

р = arc tg лт ,

где о -- вроменная частота возбуждения. Для неподвижных источников, реализованных экспериментально, р - это разность фаз моаду временными функциями нагрева и дифракционной эффективностью ГДР. В случае бегущих волн возбуждения р -пространственный сдвиг между распределениями источников тепла и показателя преломления вещества. В последнем варианте рассмотрена задача о перераспределении световой анергии между волнами на выходе из слоя при оптимальной частоте модуляции и предложен высокоразрешаяяций способ о1грвделения времени релаксации среда.

Разделы 3.4 и 3.5 посвящены интерференционно-оптическому возбуждению ультра- и гшгаракустичошсих колебаний в поглощающих жидкостях. Решена система уравнений гидродинамики и теплопроводности с пространственно модулированными источниками тепла в слабо поглощанцем слое. Для пространственно-временных колебаний плотности в случве неограниченной зоны возбуждения получено решение в виде интеграла свертки:

-Wxft) -%(х,г')\соа n(t-f)exp (- 1~Л')-вхр (- '/jdifd)

о a ^

Осциллирупций член в (I) описывает стоячую адиабатическую

звуковую волну с амплитудой дрв, частотой о = 2по/л и затуханием

-I

= [ 2пг/Лг(Г + лг(Г - I))] .

Здесь г определяется суммой коэффициентов сдвиговой и объемной вязкости. Второй подынтегральный член (I) представляет неподвижное изобарическое возмущение плотности с амплитудой Др^.

От выражения (I) легко перейти к двум предельным случаям, отвечающим различному характеру нагрева среды. В частности, при длительности имульса и времени термзлизации поглощенной энергии « 2"/« дифракционная эффективность имеет стопроцентную модуляцию, так как в моменты времени Ы/и (X - целое число) в пренебрежении затухания акустической волны Дра= - дрА.

Экспериментальные исследования подтвердили теоретические выводы и позволили выявить различные факторы, влияющие нэ эффективность возбуждения и характер затухания ультразвука в слое жидкости. При малых толщинах мокет наблюдаться возрастание затухания вследствие вязкого поверхностного трения на границах слой - окна кюветы.

В схеме ВЧВВ- наблюдалось возбуждение гиперакустической решетки ультракороткими лазерными импульсами. Экспериментальные результаты для обращенного сигнала в функции временной задержки попутной и Естрэчр.ой волн накачки представлены на Рис.3. Графики имеют короткий пик при небольших задоржах и последующие осцилляции, свидетельствующие о возбуждении гипер - и ультраакустиче ских коле баний,

Было обнаружено, что гигаракустическая волна возбуждается только при нвкбчке более 20 ыДк/см? Это связано о включением во взаимодействие возбужденных энергетических уровней, которые характеризуются малым временем термализащи поглощенной энергии (существенно меньшим, чем для переходов с основного уровня) и незначительным квантовым выходом лшиненсценции. Предложен метод фотоакустической спектроскопии, основанный на возбуждении высокочастотных динамических решеток. Он открывает возможности селективного исследования переходов с верхних энергетических уровней в условиях перекрывающихся полос поглощения.

Рис.3.Генерация ультра- (а) и гиперзвуковой (0) волн при ВЧВВ

ЧЕТВЕРТАЯ ГЛАВА содержит некоторые практически интересные примеры применения ДГ и ОВФ в задачах пространственного преобразования световых полей. В разделе 4.1. рассмотрено попутное многопучковое взаимодействие в тонкой нелинейной среде для осуществления оптического синтеза изображений и корреляционного распознавания образов.

На Рис.4 приведена обобщенная схема, которая исследована теоретически и экспериментально и с помощью которой осуществлен оптический синтез изображений, а также корреляционное

рис.4. Обобщенная схема попутного многопучкового взаимодействия для преобразования волновых фронтов в реальном времени

распознавание пространственных образов. В предложенном динамическом коррелятора входная плоскость Р содержит два пространственных образа а(х) и Ь(х), подлежащих преобразовании, и точечный источник (32 з 0). Эффект самодифракции при

нелинейном взаимодействии падаетщих пучков приводит к формированию в некоторых направлениях распределетй типа кросс-ксрреляцкя еходных пространственных фунсций а • Ъ* и Ъ * а» . Работа схемы Рис.4 в реальном времени делает такие типичные недостатки голографического распознавания, как угловая и масштабная неинвариантности, менее критичными в работе. Положительные качества деигмического коррелятора, в том числе разработанного позднее другими авторами коррелятора на основе схемы ВЧВВ, обусловили кеослабеварзпшй интерес к использования различных нелинейных сред для интегральных преобразований пространственных образов.

Раздел 4.2 посвящен проблемам однонаправленной передачи оптического сообщедая через фазово-неодяородную среду с помощью предложенных схем ОБО. ПроЕеден теоретический и экспериментальный анализ передаточных характеристик ОВФ-зеркэлз как линейного оптического элемента.

При прострзнстсенной кодулкцкя еолш изкачки в свяги с апертурныш ограничения»! волны накачка условия обращения неизбежно нарушаются. Геометрический Фактор искажений ("смаз") и угловая селективность ОВФ-зеркалэ сникают полосу пэрэдаваегяхх частот. В частности, если пола одной из накачек представляет собой передаваемый объект, изобрэкэнкэ есть свертка объекта □ фурьэ-обравсм функция угловой селективности СВФ-зеркзла.

Схема с пространственной модуляцией сигнальной волны свободна от факторов искажений, рассмотренных вше. Показано, что при соблюдении некоторых условий обрэгккиэ волнового фронта позволяет улучшить передаточную характеристику щгсеяпионной система. При несовпадения плосяостзй объекте а фазов-а-Ь50инородного слоя существует ограниченный диапазон

пространственных частот объекта, который удовлетворительно передается через этот слой.

В подтверждение выполненных расчетов экспериментально осуществлено адаптивное устранение спакл-шума е изображении шероховатого транспаранта. В отличие от известных статистических методов сглаживания пятнистости в когерентном изрбражении, в данном случае повышение качества изображения осуществляется по одной реализация поля.

Под инверсией контраста в распределении обращенного поля, рассмотренной в разделе 4.3, понимается формирование дополнительной картины при ОВФ по схеме: А* ( р ). Для выполнения этого преобразования предложено использовать регистрирующую среду с отрицательным наклоном характеристической кривой, либо осуществлять я-сдвиг для нулевой •частоты объектного поля в Фурье-плоскости. Последний вариант осуществления инверсии контраста при ОВФ макет оказаться предпочтительным, так как для этого подходит любая среда с кубической нелинейностью.

Как следует из полученных соотношений, инверсия контраста при ОВФ не зависит от расстояния меаду объектом и ОВФ-зерквлом. С практической точки зрения данная особенность инверсии при ОВФ интересна в связи с возможностями управления световыми пучками, распространяющимися в трехмерной амплитудно-неоднородной среде. Рассмотрена модельная задача об отражательной способности системы, состоящей из инвертирующего ОВФ-зеркала и двух амплитудных транспарантов, разнесенных друг от друга на произвольное расстояние. Показано, что инверсия контраста приводит к существенному уменьшению К в сравнении с обычным зеркалом независимо от продольного и поперечного взаимного расположения транспарантов. Рассмотренное совмещение двух операций пространственного преобразования волновых фронтоЕ может найти применение в системах дистанцирнного зондирования, транспортировки световой энергии через амплитудно-неоднородные среды, в устройствах оптических вычислений.

В разделе 4.4 предложены "три варианта создания систем передачи оптического сообщения или севтоеого пучка через неоднородный слой без формирования опорной волны. Предлагается

использовать предварительно зарегистрированное в когерентном сЕете сфокусированное изображение в качестве фильтра шумов для последующего восстановления из него неискаженного сигнала. Все способы хотя и моделировались в рекюле статической записи действительного изображения, могут быть непосредственно реализованы с записью волнового фронта в динамической регистрирующей среде.

Зарегистрированная спекл-струнтура накопленной безопорной голограммы сфокусированного изображения (БГСИ) является несущей частотой, дифракция на которой дает восстановленное избракение (п.4.4.1). Теоретически показано, что в пренебрежении шумов регистрирующего слоя частотно-контрастная характеристика (ЧКХ) системы видения в рассеивающей среде, основанной на накоплении БГСИ, Всегда выше ЧКХ обычного проецирования изображения. В сравнении со случаем записи опорных голограмм, процесс осреднения БГСИ не зависит от присутствия опорной волны. Однако накопление голограмм с опорным пучком дает выигрыш в яркости изображения за счет гетеродинного вклада амплитуды опорной волны. Экспериментальные исследования, проведенные в модельных условиях с рассеивающей средой, показали возможность опознавания объектов до оптических толщин не более 9 при длительном накоплении.

Для исключения операции накопления голограмм и повышения таким образом быстродействия системы видения в п.4.4.2 предложено записывать БГСИ в свете с частичной пространственной когерентностью. Осреднение в данном случав происходит за счет статистических свойств поля подсветки объекта и поэтому разработанный принцип голографирования может быть осуществлен при однократном моноимпульсном облучении объекта.

Теоретические расчеты и экспериментальные исследования, проведенные с тепловым источником, показали, что управление шириной функции пространственной когерентности позволяет оптимизировать работу системы видения в рассеивающей срвде, улучшая качество восстановленного изображения. В частности, если ограничиться передачей только низшие пространственных частот, то

- 23 -

можно путем увеличения ширины функции пространственной когерентности увеличить количество света, участвующего в записи БГСИ.

В п.4.4.3. задача трансляции колимированного светового пучка через искаженную границу раздела двух прозрачных сред решается путем использования промежуточного звена на базе высокочувствительного оптически управляемого транспаранта (ОУТ). Транспарант управляется излучением, отраженным от границы раздела и несущим информацию о ее пространственной структуре в виде изображения бликующих площадок поверхности. Сущность разработанного метода состоит в концентрации лазерной энергии сигнального пучка на площадках неплоской границы раздела, квазипарпендикулярных напраленшо передачи.

Выполненные экспериментальные исследования в модельных условиях о жидкокристаллическим ОУТ подтвердили возможность коррекции расходимости лазерного пучка при его передаче через границу раздела двух сред.

В ПЯТОЙ ГЛАВЕ рассмотрены проблемы применения тепловых динамических решеток (ГДР) для изучения теплопвреноса в твердых телах. В разделе 5.1. проведены анализ фототермичесних рефракционных методов измерения температуропроводности х и ;ос сопоставление с методом тепловых решеток. Наибольшее внимание уделено методу миража (метод дефлекции луча) и методу термической линзы, которые получили широкое распространение в практике.

Измерение объемной температуропроводности с помощью ТД? основано на тех принципах, которые были заложены в 1572-1973 г.г. в наших работах и работах других авторов и которые в последующее время развивались преимущественно для изучения жидкого состояния (органические растворители, расплава, смеси, жидкие кристаллы). Метод ТДР имеет две характерною черты, отличающие его от всех известных фототермических методов к которые определяют специфику применения и преимущества метода для исследования твердых тел: простая математическая модель,

- 24 -

допускающая с хорошим приближенеим и при некоторых легко выполнимых условиях описание процесса теплопереноса в образце одномерным уравнением теплопроводности; дифракционное считывание ■ температурного поля и пространственное фильтрование дифракции в дальней зоне.

Адекватность теоретической модели , начальных и граничных условий реальному эксперименту является залогом точных и достоверных измерений х методом ГДР. В разделе 5.2. обсуждаются особенности измерения температуропроводности твердых тел с помощью тепловых рэиеток. Рассеянный свет зондирующего пучка на обьемных и поверхностных оптических дефектах образцов смешивается со светом дифракции и влияет на точность измерений, прежде всего вследствие тага, что фон выступает в виде динамических спеклов. Причина их возникновения та же, что и ТДР, поэтому пространственное или временное фильтрование фона неэффективно. Наиболее приемлемым нам представляется операция осреднения по реализациям.

Бри работе с твердотельными образцами практически всегда имеет место ограничение числа штрихов ТДР. Это обусловлено, как правило, малыми размерами исследуемых образцов, либо необходимостью измерение х с пространственным разрешением. Кроме того фокусировка греющего пучка на образец с малым фототермическим откликом позволяет повысить уровень сигнала, что особенно важно при дефиците лазерной энергии. Показано, что локальность ГДР елияэт не столько на точность измерения температуропроводности, сколько на количество света,

попадающего в фильтрующую диафрагму фотоприемника.

Ограничение апертуры ТДР уширяет спектр пространственных гармоник, что приводит к размытию пятна дифракции в плоскости Фурье. В результате при приеме в конечную апертуру затухашм дифракции идет не по экспоненциальному закону: вначале - быстрее по сравнению с затуханием центральной гармоники 2rt/\Q , а затем -медленнее ее.

С локальностью ТДР также связан более существенный источник ошибок измерений, возникающий вследствие трудно

- 25 -

контролируемого смещения премной апертуры относительно нулевого порядка дифракции. В разделе 5.3. предложен' и исследуется двухапертурный способ регистрации дифрагированного излучения, заключающийся в приеме обеих дифрагированных пучков на один (при суммировании сигналов) или два (при их перемножении) фотоприемника. Способ делает почти нечувствительными к результатам измерений небольшие неточности положения приемной апертуры относительно пятен дифракции.

Лабораторный макет лазерного терморелаксометра (ЛТР), в котором учтен наш опыт работы с твердотельными образцами, описан в разделе Б.4. ЛТР состоит из двух узлов: лазерно-оптического и приемно- вычислительного. Лазерно-оптическвя система включает каналы возбуждения и зондирования. В первом канале формируется импульсное поле возбуждения, имеющее вид эквидистантных прямолинейных полос, следующих с заданным периодом. Это достигается применением фазовой дифракционной решетки с П-образной формой штриха необходимой глубины, изготовленной по фотолитографической технологии, и путем преобразования фазовой модуляциии в амплитудную.

Приемно- вычислительный узел предназначен для регистрации и цифровой обработки сигнала дифракции. Он включает блок ФЭУ, широкополосный цифровой осциллограф, соединенный с персональным компьютером. Разработанные программы позволяют вести прием информации, ее обработку, осреднение и вывод результатов на печать.

Измеритель температуропроводности прошел комплекс метрологических исследований, который позволил обосновать его точность и границы применимости. На нем проведены измерения кристаллов и аморфных материалов различных классов: полупроводниковых кристаллов с анизотропией температуропроводности, двухосных кристаллов, оптических стекол, пластмасс.

Результаты теплофизических исследований природных и синтетических алмазов как наиболее теплопроводных материалов, известных в природе, приведены в разделе 5.5. Эти исследования является первым применением фэтотермических методов вообще и

- 26 -

тепловых динамических решеток в частности для измерения рекордно высокой температуропроводности. Сложности работы с алмазами заключаются не только в высокой теплопроводности, но и в низком значении dn/dT , которое при комнатной температуре не превышает 1СГ5 I/град, а также в прозрачности кристаллов в широком диапазоне длин волн. Проведены исследования фототермического отклика алмазов с помощью ТДР а определен вклад в dn/dT, обусловленный возникающими упругими напряжениями.. Найдено, что эффективность ТДР в алмазе вдвое больше для 'параллельных направлений векторов решетки и поляризации, чем для ортогональных.

На партии пластинок из синтетического алмаза толщиной не менэв 600 мкм, содержащих рассеивающие центры, подтверждена возможность точных измерений по разработанной методике.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ

1. Обнаружено явление обращения волнового фронта света сложной пространственной структуры при вырожденном четырехволновсм взаимодействии в нелинейной среде в схеме с двумя встречными волнами накачки. Явление наблюдалось при нано-и пикосенундном возбуадении нелинейного слоя на основе растворов органических красителей. Показана возможность использования нелинейно-оптического обращения для адаптивной коррекции расходимости лазерного пучка в реальном времени.

2. Предложен механизм насыщения коэффициента усиления инверсной среды для записи динамических голограмм. Экспериментально получен коэффициент отражения обращенной волна 5% при накачке 10"* Дж/смг, что является лучшим рэзультатом по чувствительности для растворов красителей. Создан лазер, у которого активной средой является объемная усиливающая голограмма и который генерирует излучение в виде

- 27 -

восстановленного волнового фронта.

3. Экспериментально реализована амплитудная селекция обращенной волны, отличающаяся отсутствием сдвига ее частоты и основанная на преимущественном поглощении некоррелированно* компонент рассеянного назад поля накачки неоднородно просветленным слоем насшцащегося Поглотителя. По сравнению с вынужденным рассеянием, выделение обращенной волны менее эффективно вследствие насыщающего характера зависимости поглощения от интенсивности возбуждения.

4. Исследован тепловой режим nor лощащего слоя в интерференционном поле импульсного и непрерывно-модулированного излучения с учетом ориентации вектора тепловой динамической решетки и теплообмена с окружающей средой. Фазовый сдвиг между гармонически модулированным возбуждением и дифракцией на динамической решетке предложено использовать для измерения температуропроводности вещества.

5. На примере раствора красителя экспериментально показано, что формирование резонансного ОВФ-зеркала при взаимодействии ультракоротких импульсов в нелинейной среде сопровождается возбуждением в нем двух акустических пакетов мега- и гигагерцового диапазонов. Обе акустические волны в отдельности восстанавливают обращенную волну с качеством не хуже, чем резонанасная компонента ОВФ.

Предложено использовать лазерную генерацию монохроматических гиперзвуковых волн в фотоакустической спектроскопии для выделения перекрывающихся полос поглощения, которые отличаются вероятностью Сезызлучательных переходов.

6. Разработана схема трехщчкового попутного взаимодействия в нелинейной среде, самодифракция в которой позволяет осуществлять интегральные операции типа корреляции и свертки пространственных образов. Динамический коррелятор применен для

- 28 -

опознавания изменяющихся транспарантов в реальном времени.

■ 7. Разработаны метода однонаправленной трансляции изображения через фазово-неоднородные среды, основанные на пространственной модуляции взаимодействующих волн при ВЧБВ. Расчитана когерентная передаточная функция проекционной системы с ОВФ-зеркалом и определены границы целесообразного использования обращенной волны для улучшения качества изойражошя при перэдаче его через фазово-неоднородные среды. С помощью 0В1>-аеркала, апертура которого ограничена амплитудно- фазовым транспарантом, экспериментально показана возможность адаптивного устранения сшкл-структуры в изображении диффузного объекта.

8. Предложена операция над волновым фронтом, заключающаяся в обращении фазы в сочетании с инверсией контраста в распределении амплитуд светового поля и указаны пути осуществления этой операции, базирующиеся на использовании нелинейной среды с отрицательным наклоном характеристической кривой, либо на фазовой модуляции волны накачки при ВЧВВ. Последний вариант инверсии контраста при ОВД осуществлен экспериментально. Показано, что рассматриваемое преобразование еолноеого фронта открывает возможности управления сЕетовими пучками при наличии амплитудных неоднородностей в среде распространения.

Э. Разработан и экспериментально осуществлен способ улучшения качества изображения при наблюдении через рассеивающие среды, основанный на записи безопорных голограмм сфокусированного изображения в свете с частичной пространственной когерентностью. Способ выгодно отличается от известных отсутствием необходимости операции накопления голограмм, что позволяет осуществлять фильтрацию изображения в реальном времени, в том числе в средах с неподвижными рассеивающими центрами. Путем изменения ширины функции пространственной когерентности поля подсветки возможно управление полосой

- 29 -

передаваемы! частот за счет энергетических параметров системы и таким образом оптимизация ее работы в конкретных условиях.

10. Разработан бесконтактный способ измерения теплофизических параметров вещества, основанный на возбуждении и зондировании тепловой динамической решетки пропускающего типа. Способ, в частности, развит применительно к исследованию твердых тел с низким фототермическим откликом, в том числе алмазов, обладающих предельно высокой теплопроводностью, и апробирован в диапазоне температуропроводностей от Ю-3 до 10 см^/сек. На примере некоторых оптических материалов показана возможность использования тепловых решеток для высокочувствительного исследования анизотропии фототермического отклика твердых тел по отношению к поляризации зондирующего пучка, обусловленной вкладом в дифракцию фотоупругой компоненты.

Основные результаты диссертации отражены в следующих работах

1. А.О.Рубанов, Е.В.Ивакин. О регистрации голограмм в просветляющихся веществах // ДАН Е00Р.-1970.- т.14.- Н.6.-с.506-509.

2. Б.И.Степанов, Е.В.Ивакин, А.С.Рубанов. О регистрации плоских и объемных динамических голограмм в просветляющихся веществах // ДАН СССР,- 1971.- т.1Э6,- К.З.- с.567-569.

3. А.О.Рубанов, Е.В.Ивакин, И.П.Петрович. Релаксация тепловой фазовой решетки // Изв.АН БССР сер.физ.-мат.наук.-1972.- Ы.6.- 0.123-126.

4. Е.В.Ивакин, И.П.Потрович, А.С.Рубанов. Самодифракция излучения на светоиндуцированных фазовых решетках // Квант.электрон.- 1973.- т.1(13).- с.36-101.

5. А.С.Рубанов, Е.В.Ивакин. Самодифракция когерентного излучения при взаимодействии с просветляющимися веществами /У Опт. и спектр.- 1973.- т.34.- N.6.- с.1181-1186.

6. Е.В.Ивакин, И.П.Петрович, А.С.Рубанов. Самодифракция

- 30 -

излучения, обусловленная поглощением о возбужденных уровней // ЖПО.- 1973.- т.18.- N.6.- C.I003-I006.

• 7. А.О.Рубанов, Е.В.Ивакин. Нестационарные тепловые дифракционные решетки // В кн. "Квантовая электроника и лазерная спектроскопия". Под ред. А.М.Самсона. Изд.Наука и техника. Минск

1974. С.407-425.

8. Е.В.Ивакин, А.М.Лазарук, А.О.Рубанов. регистрация нестационарных голограмм в нелинейных средах с конечным временем релаксации // В сб."Оптическая голография и ее применение".-Ленинград, ДДНТП.- 1974.- с.72-76.

9. Е.В.Ивакин, И.П.Петрович, А.О.Рубанов. Некоторые вопросы применения нестационарной голографии // Межвузовский сборник "Проблемы голографии".- 1974.- вып.4.- Москва.- с.35-40.

10. Е.В.Ивакин, И.П.Петрович, А.О.Рубанов, Б.И.Степанов. Динамические голограммы в усиливающей среде // Квант.электрон.-

1975.- Т.2.- N.7.- С.1556-1558.

11. Е.В.Ивакин, А.О.Рубанов, И.П.Петрович, С.Е.Дромашко. Тепловые нестационарные голограммы // В сб."Регистрирующие среды для голографии".Изд. Наука.- Ленинград.- 1975. с.152-156.

12. Е.В.Ивакин, А.М.Лазарук, И.П.Петрович, А.С.Рубанов, Б.И.Степанов. Интерференционно-оптическое возбуждение акустических колебаний в поглощающих средах // Письма в ЮТ.- 1976.-Т.2. - N.10..- С.466-469.

13. Е.В.Ивакин, А.М.Лазарук, И.П.Петрович, А.С.Рубанов. Исследование спектральных характеристик наведенных возмущений диэлектрической проницаемости растворов сложных оргвнических соединений // Тезисы докладов и Всесоюзнолй конференции "Лазеры на основе сложных органических соединений и их применение".-Душанбе - 1977.- с.20-22.

14. Е.В.Ивакин, А.М.Лазарук, И.П.Петрович, А.С.Рубанов. Голографическая тауметрия и релаксометры на основе динамических голограмм // В сб. "Оптическая голография". - Вып.УШ.-Москва.- 1977.- C.III-II8.

15.Е.В.Ивакин, А.М.Лазарук, И.П.Петрович, А.С.Рубанов. Термическое интерференционно-оптическое возбуждение ультразвуко-

вше волн в конденсированных средах // Квант.электрон.-1977.-Т.4.- N.II.- с.2421-2425.

16. Е.В.ИВакин, В.Г.Коптев, А.М.Лазарук, А.С.Рубанов. Поляризационные эффекты в динамической голографии // Тезисы докладов III Всесоюзной конференции по голографии.-Ульяновск.-1978.- с.41-42.

17. Н.А.Борисевич, Е.В.Ивакин, В.А.Поведайло, А.О.Рубанов, В.А.Толкачев. Оветоиндуцировашшэ решетки р парах сложных органических соединений // Изв.АН СОСР,сер.физическая.-I978.-T.42.-C.257I-2573.

• 18, Е.В.Ивакин, А.М.Лазарук, И.П.Петрович, А.О.Рубанов. Усиливающие динамические голограммы // ЖПС.- 1Э78,- т.28.-с.992-996.

19. Е.В.Ивакин, И.П.Петрович, А.О.Рубанов. Динамическая голография и некоторые вопросы обработки информации в реальном времени // В кн."Оптические Методы обработки информации" Под ред. В.А.Пилиповича.- Минск. "Наука и техника11.- 1978.-С .124-138.

20. E.V.Ivakin, I.P.Fetrovich, A.S.Rubanov, I.P.Shaohlai. Dllax-101 - devioe for excitation and investigation of relaxation properties of dynamic gratings // Proo.Int.Symp.Appl.Hologratihy.- 1973.-Praga.- v.1.- p.8-15.

• 21. Е.В.Ивакин, В.Г.Коптев, А.М.Лазарук, И.П,Петрович,

A.О.Рубанов. Фазовое сопряжение световых полей при нелинейном взаимодействии в посветляющйхся средах // Письма в ГОТФ.- 1979.-T.30.-N.I0. - С.648-651.

22. П.А.Апанасевич, В.А.Запорожченко, Е.В.Ивакин,

B.А.Коптев, А.М.Лазарук, С.И.Мироненко, А.С.Рубанов. Обращение волнового фронта при четырехволновом параметрическом взаимодействии в растворах красителей // В сб."Физические основы голографии" 1979, Л-д, с. 70-74.

23. E.V.Ivakin, A.M.Lazarulc, A.S.Rubanov, B.I.Stepanov. ConimentB on phase oonjugate optics and real-time holography // IEEE J.Quant.Electron.- 1979.- v.QE-15, - p.523.

24. Е.В.Ивакин, В.Г.Коптев, А.М.Лазарук, И.П.Петрович,

- 32 -

А.С.Рубанов, Б.И.Степанов. Фазовое сопряжение световых полей при нелинейном взаимодействии в просветляющихся средах // ИФ АНБ.— Препринт N.191.-1979.- с.3-9.

25. Е.В.Ивакин, А.М.Лазарук, 'А.С.Рубанов, Б.И.Степанов. О механизме формирования обращенной волны в нелинейно-оптических процессах // КТО.- 1980.- т.33.- N.5.- с.836-841.

26. С.В.Бондаренко, Е.В.Ивакин, В.В.Набанов, А.С.Рубанов. Исследование характеристик обращенной волны при' вырожденном четырехволновом взаимодействии в растворах красителей // Препринт ИФ АНБ N 236.- 1980 Г.

27. Е.В.Ивакин, А.И.Кицак. О повышении контраста изображения, регистрируемого через рассеивающий слой в частично когерентном свете // Опт. и спектр.- 1982,- т.52.- N.I.-с.99-102.

28 В.Н.Бень, Е.В.Ивакин, А.О.Рубанов, Б.В.Скобелкин. Однопроходная трансляция изображения через неоднородную среду с использованием ОВФ при ВЧВВ // В сб."Оптические и оптоэлектронные методы обработки изображений". Под ред. С.Б.ГуревИча.- Ленинград.- 1982.- с.130-134.

29. Ю.Ю.Вайткус, Э.П.Гаубас, Е.В.Ивакин, О.И.Мироненко, А.С.Рубанов, К.Ю.Ярашшао. Самодафракция свата и обращение волнового фронта при четырехволновом взаимодействии в монокристаллах сульфида кадмия // Квант.электрон.- 1983.- т.10.-Н.7.- с.1320-1324.

30. С.В.Бондаренко, Е.В.Ивакин, А.О.Рубанов. Обращение волнового фронта с дислокациями при вырожденном четырехволновом взаимодействии // ВесЩ АН БССР, серыя ф1з1ко-матэматычных навук.- 1983.- N 3.- с.115-116.

31. В.Н.Бень, С.В.Бондаренко, Е.В.Ивакин, К.Пушкарова, а.С.Рубанов. О передаче изображения через неоднородные среда с помощью ОВФ // В сб."Физические основы и прикладные вопросы голографии".- Ленинград.- 1984.- с.ПО-Пд.

32. С.В.Бондаренко, Е.В.Ивакин, А.И.Кицак, К.Пушкарова, А.С.Рубанов. Обращение волнового фронта непрерывного излучения в пленках флуоросцоина // В сб. "Физические основы и прикладные

вопросы голографии". Ленинград, 1984, с.27-34.

33. О.В.Бондаренко, Е.В.Ивакин, В.И.Кабелка, А.В.Михайлов, А.С.Рубанов, исследование ОВФ в растворах органических красителей в поле пикосекундных световых импульсов // Квант, электрон.- 1985.- T.I2.-N.5.- O.II07-II09.

34. В.М.Дурасов, Е.В.Ивакин, А.С.Рубанов. Самодифракция и отражение излучения при ВЧВВ в органических жидкостях на длине волны 10,6 мкм // Квант.электрон.- 1986.- т.13.- с.1287-1289.

35. В.Н.Бень, Е.В.Ивакин, А.О.Рубанов. Инверсия контраста при ОВФ // Препринт ИФ AHB.- 1986.- с.3-7.

36. Е.В.Ивакин, А.И.Кицак. Качество изображения, восстановленного голограммой интенсивности, регистрируемой через рассеивающую среду в частично когерентном свете // inc.- 1986.т.- 44.- HI.- с.43-47.

37. В.Н.Бень, Е.В.Ивакин, А.О.Рубанов. Инверсия контраста в обращенной волне при ВЧВВ путем фазовой модуляции накачки // В сб."Обращение волнового фронта лазерного излучения в нелинейных средах". Под ред.А.С.Рубанова.- Минск.- 1987.- с.131-138.

38. S.V.Bondarenico, E.Y.Ivakin, V.I,Kabelka, A.V.Michailov,

A.S.Rubanov. Aooustio wave exoitation by DFWM oi piooaecond pulsee in dye solutions // Opt.Oonmin.- 1987.- V.61.~ p.155-158.

39. В.Н.Бевь, О.В.Бондаренко, Е.В.Ивакин, А.С.Рубанов. Влияние угловой селективности на отображающие свойства четырехволноЕОГо ОВФ-зеркала // Квант.электрон.- 1987.- т.14.-N.2.- с.389-391.

40. Е.В.Ивакин, А.И.Кицак. О контрасте изображения, переданного через нестационарную рассеивающую среду методом осреднения безопорных голограмм сфокусированного изображения // ЖПС,- 1987.- Т.47.- N I.- с.102-108.

41. С.А.Батице, О.В.Бондаренко, В.И.Гурленя, Е.В.Ивакин,

B.В.Кабанов, В.А.Мостовников, А.С.Рубанов, А.Л.Толстшс. Обращение волнового фронта при ВЧВВ в усиливающем слое красителя // В сб. "Обращение волнового фронта лазерного излучения в нелинейных средах" Под ред. А.С.Рубанова. Минск, 1987, с.94-99.

42. О.В.Бондаренко, Е.В.Ивакин, А.С.Рубанов; С.Сыйнов,

- 34 -

Н.ТомоЕп, В.Драгостинова. Два типа памяти в пленках раствора азо-красителя метилового красного в матрице ПММА // Тезисы докладов I Всесоюзной конференции по оптической обработка информации.- Ленингрзд.- 1988.- ч.Н.- с.71.

43. S.Sainov,N.Tornova,V.Dragost inova, B. Ivakin. Real - time evanesoent-wave hologra-as // J.Mod.Opt.- 19S8.- v.35.- N.1.-p.155-157.

44. V.V.Gorbachev, V.M.Durasov, R.B.Zezin, E.V.Ivakin, A.S.Rubanov, Ii.A.Tatyanina. Light-induoed thermal gratings in natural diamond // Fhys.Stat.Sol.(b).- 1988.- v.150.- p.901-905.

45. В.В.Горбачев, В.М.Дурасов, Р.Б.Зезин, Е.В.Ивакин, А.С.Рубанов. Измерение температуропроводности алмазов методом светоиндуцированных тепловых решеток // ИФЖ.- 1989.- т.56.-с.745-748.

46. Е.В.Ивакин, А.О.Рубанов, А.Л.Толстяк, А.В.Чалей. Чвтырехволновое ОВФ в резонансных средах при некогерентноа оптической подкачке // В сб. "Обращение волнового фронта лазерного излучения в нелинейных средах" Под ред. А.О.Рубанова. Минск, 1990, с.32-37.

47. Е.В.Ивакин, А.И.Кицак, А.Е.Коренченко, А.О.Рубанов. Дифракционно-фазовый метод измерения коэффициента температуропроводности жидкостей.// Препринт N 623 ИФ АНВ.-1991.- с.3-13.

48. Е.В.Ивакин, С.М.Карнук, А.С.Рубанов, А.Л.Толстик, А.В.Чалей. Некогерентное усиление ОВФ в растворах красителей // Письма в ЖТФ.- 1991,- т.17.- N.I4.- с.56-59.

49. Е.В.Ивакин, С.М.Карпук, А.О.Рубанов, А.Л.Толстик, А.В.Чалей. Чвтырехволновое взаимодействие в резонансных средах при пространственно однородной подкачке в возбужденном канале // Изв.РАН сер.физическая.- 1992.- т.56.- N.8.- р.41-46.

50. Е.В.Ивакин, А.И.Кицак, А.С.Рубанов. Развитие методов активной спектроскопии рэлеевского рассеяния света для изучения процессов теплопереноса // Изв. РАН.- 1992.- т.56.- N.12.-с.130-134.

51. V.N.Ben, E.V.Ivakin, A.S.Rubanov. Optioal probing of

- 35 -

amplitude obstacles by oontrast inversión at wave-front conjugation // Opt. Comm.- 1992.- v.92.- j>.229-232.

52. Y.H.Ben, E.V.Ivakin, A.I.Kitsak, А.Ы.Ьавагий, A.S.Rubanov, F.K. RutkovBki. An adaptive method о1 light beams transfer through a distorted interface of two media // Proo. SPIE.- 1993.- v.2108.- p.306-309.

53. T.N.Ben, E.V.Ivakin, A.B.Rubanov. Diffraction effioienoy anieotropy of the thermal dynamio gratings in Bolids // Dig. of 8th Int.Top.Meeting on photoaooustio and photothermal phenomena.-Pointe-a-Pitre - 1994.- p.225-226.

54. Е.В.Иваюш. Способ сравнения пространственных образов // Авторское свидетельство N 394678 от I.I2. 1969.

55. Е.В.Ивакин, И.П.Петрович, А.С.Рубанов. Способ записи голограмм // Авторское свидетельство Н 410678. Приоритет от 13.09.1971.

56. Е.В.Ивакин, Л.В.Ильюшенко, И.П.Петрович, А.О.Рубанов. Способ регистрации и считывания нестационарных голограмм // Авторское свидетельство N 397090. Приоритет от 30 июля 1971.

57. Е.В.Ивакин, А.С.Рубанов, Л.В.Ильшенко, И.П.Пэтрович. Способ определения теплофизических свойств вещества // Авторское свидетельство N 568303.- Приоритет от 23.05.1972.

58. Е.В.Ивакин, А.С.Рубанов. Способ измерения времени релаксации возбужденного состояния вещества // Авторское свидетельство N 606425. Приоритет от 17 июня 1976 г.

59. Е.В.Ивакин. Способ получения фотографий с несущей пространственной частотой // Авторское свидетельство N 824113.-Приоритет от 9.07.1979.

60 В.Н.Бень, Е.В.Ивакин, А.С.Рубанов, Б.В.СкобэлкИН, А.М.Лазарук. Способ передачи оптического сигнала через неоднородный турбулентный слой // Авторское свидетельство К 945843,- Приоритет от 12.01.1981.

61. Е.В.Ивакин, А.И.Кицак, А.М.Лазарук, А.С.Рубанов. Способ формирования изображения // Авторское свидетельство N 1078395.-Приоритет от.7.01.1983. .

- 36" -

62. Е.В.Ивакин, А.И.Кицак, А.М.Лазарук, А.С.Рубвяов. Способ формирования изображения // Авторское свидетельство н 1078395 с приоритетом от 7.01.1983. ОССР.

63. Е.В.Ивакин, А.Е.Коренченко. Способ измерения температуропроводности материалов // Авторское свидетельство N.1820308 от 13.03.1991.

64. Е.В.Мвакин, В.Н.Вень, А.М.Лазарук. Способ определения температуропроводности Материалов // Патент Российской Федерации N 2010221 с приоритетом от 3 июня 1992 г.

- 37 -

РЭЗШЭ 1ВАК1Н ЯУГЕН БАС1ЛЕВ1Ч

дашичныя ГАЛАГРАШ НА РЭЗАНАНСНАЯ I ЦЕШ1АВ0Й НЕЛ1НЕИНАСЦВХ I IX ПРЬШШШННЕ

Ключовыя слоны! Дынам1чная галаграф1я, самодафракцыя, чатыроххвалевае узыемадзеяннв, вОарачэннв хвнлевзгв фронту, узмацняючыя гадаграш, цеплавня 1 акустычныя рашотнги

Работа ггрысвячаэвда тэарэтычнаму 1 эксперыментальнаму даследаванню энергетычных, часавых, спектральных 1 адлюстравальшх уласц!васцей рэзанасных 1 цеплавых дкнам1чных галаграм, як!я рвг!струивда у растворах 1 парах фарбавальнхкву, пафарбаваных планках, у вадкасцях 1 цвердых делах. Рэтамы узбудаення - 1лшульсш з нана- 1 Шкасекунднай працягласцю, а таксама бесшрвпынпамадуляваны.

Выяулэна з'ява абарачэння хвалевага фронту (АХФ) при выраджашм чатыроххвалевым узаемадзеяннх у схеме з сустрэчным! пучкам1 напампоук!. Прадэманстраванз магчымасць пркмянення нол1шйна-аптычнага АХФ для карэкца! разыходнасщ лазернага пучка.

Распрацаваны схемы аднанак1раванай перадачы аптычнага вобразу праз неаднародныя асяроддз! з даламогай МФ з прастораввй мадуляцыяй узаемадзейнАчеючых хваль.

Распрацаваны метад карэляцыйнага ф1льтравзння у рэальным часе, заснавэны на шматпучковым спадарожным узавмадзеипЛ у тонким нелхнейщда сло1.

ПрапанзЕана а даслэдаванэ нгсычзнне узмацкення хнЕерснага асяроддзя у якасщ механ1гма для запасу динамичных галаграм 1 АХФ. Ашццеулена высокаэффзктыунае чатыроххвалевае узаемадзеянне при н1зкай магутнасЩ напампоук1.

Распрацаваны метады фотаакустычнай х фотатзрмхчнай спектраскапИ кандэнсаваных асяроддзяу, заснаваныя на прямянета дынам1чных рашотак.

-за -

РЕЗШЗ

ШШШН ЕВГЕНИИ ВАСИЛЬЕВИЧ

ДИНАМИЧЕСКИЕ ГОЛОГРАММЫ НА РЕЗОНАНСНОЙ И ТЕПЛОВОЙ НЕЛИНЕЙНОСТЯХ И ИХ ПРИМЕНЕНИЕ

Ключевые слова! Динамическая голография, свмодифракция, четырех-волновое взаимодействие, обращение волнового фронта, усиливающие голограммы, тепловые и акустические решетки.

Работа посвящена теоретическому и экспериментальному исследованию энергетических, временных, спектральных и отображающих свойств резонансных и тепловых динамических голограмм, регистрируемых в растворах и парах красителей, окргзэнных пленках, в жидкостях и твердых телах. Режимы шзбуждения - импульсное о нвно- и пикосекундной длительностью, а также непрерывномодулированное.

Обнаружено явление обращения волнового фронта (ОВФ) при вырожденном четырехволновом взаимодействии в схеме с встречными пучками накачки. Продемонстрирована возможность применения нелинейно-оптического ОВФ для коррекции расходимости лазерного пучка. Разработаны схемы однонаправленной передачи оптического изображения через неоднородные среды с помощью ОВФ с пространственной модуляцией взаимодействующих волн.

Разработан метод корреляционного фильтрования в реальном времени, основанный на многопучковом попутном взаимодействии в тонком нелинейном алое.

Предложено и исследовано насыщение усиления инверсной среды в качества механизма для записи динамических гологркш и ОВФ. Осуществлено высокоэффективное четырэхволновое взаимодействие при низкой мощности накачки.

Разработаны методы фотоакустической и фототермической спектроскопии конденсированных сред, основанные на применении динамических решеток.

- 39 -

ABSTRACT IVAKIN EUGEKE VASILIEVICH

RESONANT AND THERMAL DYNAMIC HOIOGRAM3 ABB THEIR APPLICATION

KeywordsI Eynamio holography, selfdiffraotion, four-wave mixing, wavefront conjugation, amplifying holograms, thermal and aoouBtio gratings.

Ihe work is devoted to the theoretical and experimental investigation of sensitivity, time behavior, speotral and information properties of resonant and thermal dynamio holograms, written in solutions and vapors of dyes, activated filqs, liquids and solids, under excitation by nano- and piooseoond pulses as well ae by Off modulated radiation.

Wavefront conjugation (SfPO) by degenerate four-wave mixing haB been diBoovered. TOO is found to be applicable for laser beam oorreotion in real time. Unidirectional techniques of image transfer through a nonhomogeneoue medium by nonlinear optical WFO have been developed.

A method of correlation filtration in real time by multibeam interaction and Belfdi f f raot ion in thin nonlinear layer has been proposed.

A gain saturation of inverted media has been pi-opoBsd for WFC and dynamic hologramB recording.

Methods of dynamic gratings photoaooustic and photothermal speotrosoopy of oondensed (natter have been proposed..