Нелинейная фотоанизотропия изотропных резонансных сред и ее спектроскопические приложения

Ганчеренок, Игорь Иванович

Нелинейная фотоанизотропия изотропных резонансных сред и ее спектроскопические приложения тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.05 ВАК РФ

Ганчеренок, Игорь Иванович АВТОР

доктора физико-математических наук УЧЕНАЯ СТЕПЕНЬ

Минск МЕСТО ЗАЩИТЫ

1997 ГОД ЗАЩИТЫ

01.04.05 КОД ВАК РФ

Автореферат по физике на тему «Нелинейная фотоанизотропия изотропных резонансных сред и ее спектроскопические приложения»

Автореферат диссертации на тему "Нелинейная фотоанизотропия изотропных резонансных сред и ее спектроскопические приложения"

РГ6 од

1 О ФЕВ 1997 академия наук Беларуси

институт ФИЗИКИ ИМ. б.и.степанова

УДК 535.012.2+621.375.8

ганчеренок игорь иванович

НЕЛИНЕЙНАЯ ФОТОАНИЗОТРОПИЯ ИЗОТРОПНЫХ РЕЗОНАНСНЫХ СРЕД И ЕЕ СПЕКТРОСКОПИЧЕСКИЕ ПРИЛОЖЕНИЯ

01.04.05-оптика

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени доктора физико-математических наук

Минск 1997

Работа выполнена в Белорусском государственном университете.

Научный консультант-доктор физико-математических наук, профессор Гайсенок В.А.

Официальные оппоненты: член-корреспондент АН Беларуси,

доктор физико-математических наук, профессор

Ковалев A.A. доктор физико-математических наук, профессор

Михайлов В. II. доктор физико-математических наук Блохин А.П.

Оппонирующая организация: Международный учебно-научный лазерный центр Московского государственного университета им. М.В.Ломоносова

Защита состоится " 1997г. в ¿^асов на заседании

совета по защите диссертаций Д 01.05.01 в Институте физики им Б.И.Степанова АН Беларуси по адресу: 220072 Минск, пр. Ф.Скорины 70.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Институте физики им. Б.И.Степанова АН Беларуси.

Автореферат разослан " *'' / $9? г.

Ученый секретарь совета . доктор физико-математических наук, профессор

.А.Афанасьев

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы диссертации. Среди различных методов получения информации о свойствах и строении атомов и молекул важное место занимает изучение характеристик преобразованного ими излучения (вторичного излучения) в результате нелинейно-оптического взаимодействия. Возможности таких исследований определяются степенью совершенства экспериментального оборудования и уровнем развития теории взаимодействия света с веществом, которая устанавливает связи между измеряемыми характеристиками вторичного излучения и свойствами активных центров среды и их окружения. Эффективность протекания нелинейно-оптических процессов, как правило, в значительной степени зависит от векторных (векторно-статистических) характеристик световых потоков. Под воздействием анизотропного (как в смысле наличия определенного состояния поляризации, так и выделенного направления распространения) электромагнитного излучения достаточной интенсивности изначально изотропные среды могут приобрести фотоанизотропные свойства (фотоанизотропные среды) и таким образом влиять на поляризацию распространяющихся в них световых потоков. Техника поляризационных измерений света является одной из наиболее совершенных и позволяет- зарегистрировать весьма слабые эффекты и, следовательно, получить трудно доступную (либо вообще недоступную) другими методами спектроскопическую информацию. Более того, состояние поляризации света описывается рядом параметров и характеристик (эллиптичность, азимут, степень поляризации, поляризационная микроструктура ), что позволяет увеличить число степеней свободы при изучении фото анизотропных сред и обеспечить проведение контрольных экспериментов.

С другой стороны, среды со светоиндуцированной анизотропией являются весьма перспективными "рабочими телами" для целого ряда нелинейно-оптических устройств, преобразующих световое излучение, в силу наличия достаточно широкого выбора управляющих параметров, относительной простоты, надежности и плавности их варьирования, экономичности и эффективности процесса управления светом.

Следует отметить, что изучению явления фотоанизотропии в различных средах уделялось серьезное внимание. Однако целый ряд вопросов ко времени появления публикаций, составивших содержание

настоящей работы, был открытым и требовал решения. Так, отсутствовало последовательное описание явления нелинейной фотоанюотропии в изотропных резонансных средах, позволяющее провести адекватную интерпретацию большого объема эмпирической информации, полученной в условиях, например, существенной неколлинеарности взаимодействующих волн либо их деполяризации при распространении. Воздействие мощнох о поляризованного излучения на растворы многоатомных молекул приводит к изменению ориен-тационного распределения молекул в комбинирующих состояниях и последующей релаксации наведенной анизотропии вследствие проявления целого ряда специфических процессов. Изучение последних стандартными методами не всегда возможно либо не приводит к однозначным результатам, что стимулирует разработку оригинальных методик и проведение исследований этих процессов на новом экспериментальном уровне. Оставался нереализованным ряд возможностей оптимизации схем измерения нелинейностей и параметров стимулированного излучения фотоанизотропных сред.

В силу вышесказанного, развитие теории нелинейной фотоанизотропии поляризационно неоднородных сред, экспериментальных исследований ее проявлений в растворах многоатомных молекул является актуальным, в особенности с учетом использования обнаруженных закономерностей в различных нелинейно-оптических устройствах, для развития новых спектроскопических методов и методик диагностики вещества.

Настоящее диссертационное исследование сочетает фундаментальный характер и практическую направленность, в том числе с целью внедрения результатов в учебный процесс.

Данная работа включает в себя исследования, выполненные по темам, входившим в программы АН СССР, АН БССР, АН РБ и Министерства образования и науки РБ, а также в программы зарубежных университетов (Osaka University, Tohoku University (Japan), Jena University, University of Heidelberg (Germany) и др.).

Целью работы являлось комплексное (теоретическое и экспериментальное) и систематическое изучение нелинейной фотоанизотропии изначально изотропных резонансных сред, ее проявлений в характеристиках вторичного вынужденного излучения и разработка физических принципов новых поляризационно чувствительных спектроскопических методик, а также нелинейно-оптических измери-

тельных способов и методов управления параметрами когерентного

электромагнитного излучения.

Достижение поставленной ¡¡ели потребовало решения следующих

задач:

- совершенствование теории светоиидуцировашгой анизотропии ноляризационпо неоднородных сред с целью достижения общности описания в рамках различных модельных представлений активных центров среды;

- установление и исследование закономерностей в поляризационных изменениях слабых волн в средах со светонндуцировашюй анизотропией, развитие концепции нормальных волн в случае произвольных поляризационно-геометрпческих условий я свойств срсды;

- изучение фотоанизотропных свойств растворов многоатомных молекул с целью выяснения общих закономерностей возникновения и разрушения нелинейной фотоанизотропии, оптимизации известных измерительных схем и разработки новых методик исследования процессов, протекающих в растворах, и свойств молекул;

- развитие метода поляризационно чувствительной спектроскопии на случай частично поляризованных либо полностью деполяризованных взаимодействующих волн;

- система тическое исследование особенное гей вынужденного излучения анизотропных ансамблей молекул красителей и расчет взаимосвязи параметров излучения накачки и генерации; разработка комплекса прикладных аспектов метода поляризованной оптической накачки на уровне изобретении.

Нау чная повита работы состоит в том, что в ней впервые

- проведен расчет тензоров, описывающих свойства возмущенных поляризованным светом ансамбле!: изотропно распределенных частиц с различной энергетической структурой и схемой релаксации, и установлена связь структуры тензоров нелинейной фотоанизотропии и параметрической связи с векторно-статистическим характером поля излучения и анизотропией свойств кван говых переходов;

- построена теория поляризационно чувствительной спектроскопии, адекватно описывающая экспериментальные зависимости для различных измерительных схем и предложены новые более точные методы исследования нелинейных свойств среды с управляемой светом анизотропией;

- выполнено систематическое исследование изменения состояния поляризации зондирующей и комбинационной волн, развита общая концепция нормальных волн фотоанизотропных сред в рамках формализма тензора кубической восприимчивости, предложен ряд возможных спектроскопических приложений методов нелинейной спектроскопической эллипсометрии (НСЭ) и нормальных волн, имеющих более высокую надежность по сравнению с известными ранее, в общем случае найдены "магические" поляризационно-геомегрические условия в резонансной спектроскопии рассеяния света, позволяющие исключить проявление квантовых биений, обусловленных межмолекулярным переносом энергии электронного возбуждения;

- установлены закономерности и выявлены новые особенности нелинейной фотоанизотропии в растворах сложных молекул, предсказан и экспериментально подтвержден ряд новых эффектов, обусловленных вращением молекул и динамическим уширением электронных спектров в жидких растворах, прояснена поляризационная зависимость сигнала в нелинейной поляризационной спектроскопии (НПС) в водных растворах трифенилметановых красителей и доказано выполнение соотношение Клейнмана для компонент х* в условиях резонанса; в то же время, показано нарушение этих соотношений для целого ряда светочувствительных сред, включая растворы полиметиновых красителей;

- измерены спектральные контуры светоиндуцированных линейных дихроизма и двулучепреломления, уточнена модель зависимости времени жизни в возбужденном состоянии молекул трифенилметановых красителей от вязкости растворителя, предсказан и экспериментально подтвержден эффект проявления кросс-резонансов в спектральных контурах НПС-сигнала;

- теория поляризационно чувствительной спектроскопии обобщена па случай взаимодействующих волн с отличной от единицы степенью поляризации, рассчитана матрица Мюллера среды со свето-индуцированной эллиптической фотоанизотропией, предсказан ряд эффектов;

- установлена суть взаимосвязи между состояниями поляризации, геометрией излучения накачки и параметрами стимулированного излучения растворов красителей, показана возможность исследования поляризационной микроструктуры полностью деполяризованного

света и сделан вывод о наиболее вероятном характере колебаний его электрического вектора;

- предложены 10 способов (на уровне изобретений) преобразования, контроля и измерения параметров света и исследования свойств среды и изобретено нелинейно-оптическое поляриметрическое устройство.

Практическая значимость полученных результатов состоит в их:

- применении для экспериментальных и теоретических (ряд результатов процитирован в монографической литературе (см., напр., Какичашвили Ш.Д, Поляризационная голография. - Л.: Наука, 1989. -141с.) исследований свойств фотоанизотропных сред и разработке эффективных и оригинальных (в принципиальном или конструктивном плане) экспериментальных методик;

- исполъчоваташ для прогнозирования и оптимизации фотофизических характеристик ансамблей атомных и молекулярных систем;

- универсальности и потенциальной возможности применения для решения широкого спектра задач как в рамках нелинейной оптики и спектроскопии, квантовой электроники и физики информационных процессов, так и в смежных областях как, например, для разработки способов дистанционной диагностики вещества, а также для учебных целей.

Разработаны и защищены авторскими свидетельствами и патентами 10 способов управления параметрами когерентного светового излучения. определения параметров нелинейной среды и света, а также поляриметрическое устройство. Сделанные изобретения могут найти применение не только в области научного приборостроения и наукоемкого производства, но и в физическом практикуме для учебных целей. Они также являются основой для создания целого класса нелинейно-оптических устройств, работающих в режиме "свет управляет светом".

Экономическая значимость полученных результатов состоит в том, что они раскрывают физические принципы действия оригинальных нелинейно-оптических устройств преобразования световой информации и измерения свойств среды, которые могут представлять коммерческий интерес. Предложенные теоретические модели позволяют осуществить компьютерное моделирование разрабатываемых нелинейно-оптических устройств, что значительно дешевле предварительного физического макетирования. С другой стороны, коммерческим продуктом может служить и технологии контроля динамического распределения плотности вещества в труднодоступных либо удаленных объектах (областях) на основе проведенных в диссертационной работе

исследований. Подчеркнем и потенциальную экологическую направленность такого рода технологий.

Основные положения диссертации, выносимые на защиту.

1. В поляризационной спектроскопии нелинейных процессов, основанной на зондировании среды пробным излучением, зависимости детектируемых характеристик от поляризации и интенсивности излучения накачки и от параметров, задающих геометрию эксперимента, немонотонны, что позволяет предложить эффективные методы измерения нелинейной оптической восприимчивости третьего порядка и ее дисперсии, основанные на регистрации точек экстремумов.

2. Способы поляризационных измерений спектроскопических параметров среды, свободные от влияния нестабильности излучения накачки, разработанные на основе концепции нормальных волн применительно к спектроскопии сред со светоиндуцированной анизотропией.

3. При резонансном рассеянии света существуют поляризационно-геометрические условия, исключающие проявления квантовых биений, обусловленных когерентным переносом энергии возбуждения между молекулами.

4. Закономерности нелинейной фотоанизотропии растворов многоатомных молекул, включающие:

• влияние спектральных характеристик среды и излучения на релаксацию светоиндуцированной анизотропии за счет броуновского вращения молекул или безызлучательного переноса энергии электронного возбуждения;

• спектральная зависимость светоиндуцированного линейного двулучепреломления имеет дисперсионный, а светоиндуцированного линейного дихроизма - квазилоренцевый профиль;

• в рамках схемы нелинейной поляризационной спектроскопии эффекты поляризационного взаимодействия волны накачки и пробной волны доминируют над поляризационным самовоздействием волны накачки.

5. Использование в нелинейной поляризационной спектроскопии частично поляризованного зондирующего излучения приводит к усилению проявления нелинейной фотоанизотропии в изотропных средах.

6. Нелинейная фотоанизотропия активной среды лазера на красителе (ЛК) обуславливает существование

• энергетически оптимальных поляризационно-геометрических условий генерации,

• возможности управления параметрами излучения JIK путем изменения эллиптичности лазерной накачки и изучения поляризационной микроструктуры полностью неполяризованного излучения, использованного в качестве накачки. 7. Новые более точные способы измерения и преобразования свега, а также определения параметров среды, основанные на варьировании поляризации излучения и геометрии эксперимента. Эти способы и разработанный поляриметр обеспечивают расширение класса исследуемых сред и анализируемых типов поляризации. В учебном процессе предложенные способы позволяют упростить процедуру измерений и повышают наглядность. Личный вклад соискателя.

В диссертации изложены результаты работ, выполненных либо лично автором (9 статей, включая 2 обзорные, и 1 патент), либо в соавторстве с коллегами и учениками-аспирантами - И.В.Шапочкиной, П.Г.Жавридом, И.В.Гайсенок. Содержание диссертации отражает личный вклад автора, заключающийся в постановке задач исследования (в ряде случаев совместно с доцентом Л.И.Буровым, профессорами

B.С.Воропаем, Т.Кушидой, С.Саиканом, Ю.Фуджимурой, В.А.Гайсен-ком); выработке методических путей их решения (включая общий алгоритм расчета и планирование эксперимента), построении теоретических моделей, анализе и интерпретации результатов, непосредственном участии в создании экспериментальных установок и проведении измерений.

С доцентом А.В.Лавриненко были разработаны теоретические основы отражательного варианта НГТС, а также выполнен расчет поправок на неколлинеарность взаимодействующих волн. Влияние вращательной подвижности молекул на проявление эффектов нелинейной фотоанизотропии в растворах многоатомных молекул было рассчитано совместно с доцентом И.И.Жолнеревичем, а экспериментальная проверка обнаруженных когерентных эффектов проведена вместе с доктором физ.-мат. наук В.А.Саечниковым. Совместно с доцентом

C.С.Ветохиным был сделан ряд изобретений. Другие соавторы участвовали в постановке экспериментов, проведении расчетов и обсуждении полученных результатов.

Апробация результатов диссертации.

Основные результаты работы докладывались либо были представлены на Республиканских конференциях Беларуси, Литвы, Украины и Казахстана; И и III Всесоюзных конференциях

"Теоретическая и прикладная оптика" (Ленинград, 1986, 1988); 3-ей Всесоюзной конференции "Взаимодействие излучения, плазменных и электронных потоков с веществом" (Сухуми, 1988); V и VI Всесоюзных конференциях "Органические люминофоры и их применение в народном хозяйстве" (Харьков, 1987, 1990); Всесоюзном совещании "Инверсная заселенность и генерация на переходах в атомах и молекулах" (Томск, 1986); Международной научно-технической конференции- "Актуальные проблемы фундаментальных наук" (Москва, 1991); I и II Международных конференциях "Современные проблемы лазерной физики и спектроскопии" (Гродно. 1993,1995); Australian Conf. on Optics, Lasers and Spectroscopy (Melbourne, Australia, 1993); Meetings of the Physical Society of Japan (Tokyo, 1992; Sendai, 1993); 53rd Meeting of the Japan Soc. Appl. Phys. (Osaka, 1992); QELS'92 (Anaheim, USA, 1992); Symposium on Introductory Physics Education in University (Kanagawa, Japan, 1992); 1st Topical Meeting on High Resolution Spectroscopy (Utah, USA, 1993); XIII and XIV Int. Conf. of Raman Spectroscopy (Wurzburg, Germany, 1992; Hong Kong, 1994); 1st Int. Conference on Spectroscopic Ellipsometry (Paris, France, 1993); 4th Eur. Quantum Electronics Conf. (Firenze, Italy, 1993); IQEC'94 (Anaheim, USA, 1994); Europe-EQEC (Amsterdam, The Netherlands, 1994); 16th Congress of the Int. Comission for Optics "Optics as a Key to High Technology" (Budapest, Hungary, 1993) and 17th Congress "Optics for Science and New Technology" (Taejon, Korea, 1996); Topical Meeting of the Int. Comission for Optics "Frontiers in Information Optics" (Kyoto, Japan, 1994); Int. Conferences "Interferometry'94" and "Refractometry'94" (Warsaw, Poland, 1994); 22nd and 23rd European Congresses on Molecular Specroscopy (Essen, Germany, 1994; Budapest, Hungary, 1996); 5th and 6th Int. Conference "Laser Applications in Life Sciences" (Minsk, 1994; Jena, Germany, 1996); 21st Int. Congress on High Speed Photography and Photonics (Taejon, Korea, 1994); XXIX Colloquium Spectroscopicum Internationale (Leipzig, Germany, 1995); 15th Int. Conf. on Coherent and Nonlinear Optics (St. Petersburg, Russia,

1995); Winter Meeting of the American Association of Physics Teachers (Orlando, USA, 1995); Int. Conf. on Luminescence and Optical Spectroscopy of Condensed Matter (Connecticut, USA, 1993; Prague, Czech Republic,

1996); Межгосударственной научно-технической конференции по квантовой электронике (Минск, 1996); на семинарах Белгосуниверситета, Института физики им. Б.И.Степанова АН РБ, Института физики АН Украины, Института физики АН Литвы, Osaka National University, Tokyo University, Hyogo University of Teacher Education, Tohoku

University (Japan), University of Heidelberg, Friedrich-Schiller-Universitat Jena (Germany), Jagellonian University (Poland).

Основные результаты диссертации опубликованы в 45 журнальных статьях, 10 статьях в сборниках трудов и материалов конференций, 11 авторских свидетельствах и патентах. Общее количество опубликованных работ по теме диссертации - более 100.

Структура и объем диссертации.

Диссертация состоит из введения и восьми ¡лав. В заключение диссертации представлены выводы и список использованных источников (270 наименовании). Общий объем диссертационной работы составляет 273 страницы, включая 73 страницы, занимаемые 63 рисунками и 10 таблицами.

КРАТКОЕ СОДЕРЖАНИЕ ДИССЕРТАЦИИ

Глава 1 посвящена краткому обзору литературы по экспериментальному и теоретическому изучению нелинейных фотоанизотропных явлений в немагнитных электрически нейтральных поляризационно неоднородных средах. Выделены основные этапы развития нелинейной оптики и спектроскопии сред со светоиндуци-рованной анизотропией и определено место диссертационной работа в решении проблемы установления основных закономерностей нелинейной фотоанизотропии в изотропных резонансных средах.

Глава 2 содержит основные положения теории взаимодействия поляризованного светового излучения с нелинейной изначально изотропной средой, составившие базу проведенных в диссертации теоретических исследований. Дано краткое изложение тензорных методов описания свойств фотоанизотропной среды и поляризационной структуры света. Проанализированы свойства тензора фотоанизотропии и его поперечной составляющей, найден явный вид тензора диэлектрической проницаемости среды со светоиндуцированной анизотропией с. Показано, что е в общем случае является формальным эквивалентом тензора диэлектрической проницаемости двуосного дихроичного кристалла с гиротропией. Определены оптические оси среды, характеризующейся тензором Ъ и сделан вывод о моделировании фотоанизотропными средами свойств поглощающих немагнитных кристаллов низших сингоний. Построено общее операторное решение, описывающее эволюцию векторной амплитуды пробной (зондирующей) волны в нелинейной фотоанизотропной среде.

Сделан краткий анализ экспериментальных методов изучения нелинейной фотоанизотропии. Описаны принципы действия и основные характеристики созданных экспериментальных установок, позволяющих проводить исследования как собственно нелинейной фотоанизотропии, так и процессов ее релаксации с временным масштабом от нескольких десятков пикосекунд до субпикосекунд.

Указаны основные методы расчета погрешностей измерений, анализа экспериментальных результатов и представления числовой информации.

В главе 3 представлен квантовомеханический расчет тензоров фотоанизотропии и параметрической связи взаимодействующих волн для различных модельных представлений среды: двух-, трех-, четырех- и

University (Japan), University of Heidelberg, Friedrich-Schiller-Universitat Jena (Germany), Jagellonian University (Poland).

Основные результаты диссертации опубликованы в 45 журнальных статьях, 10 статьях в сборниках трудов и материалов конференций, 11 авторских свидетельствах и патентах. Общее количество опубликованных работ' по теме диссертации - более 100.

Структура и объем диссертации.

Диссертация состоит из введения и восьми глав. В заключение диссертации представлены выводы и список использованных источников (270 наименований). Общий объем диссертационной работ ы составляет 273 страницы, включая 73 страницы, занимаемые 63 рисунками и 10 таблицами.

КРАТКОЕ СОДЕРЖАНИЕ ДИССЕРТАЦИИ

Глава 1 посвящена краткому обзору литературы по экспериментальному и теоретическому изучению нелинейных фотоанизотропных явлений в немагнитных электрически нейтральных поляризационно неоднородных средах. Выделены основные этапы развития нелинейной оптики и спектроскопии сред со светоиндуци-рованной анизотропией и определено место диссертационной работы в решении проблемы установления основных закономерностей нелинейной фотоанизотропии в изотропных резонансных средах.

Глава 2 содержит основные положения теории взаимодействия поляризованного светового излучения с нелинейной изначально изотропной средой, составившие базу проведенных в диссертации теоретических исследований. Дано краткое изложение тензорных методов описания свойств фотоанизотропной среды и поляризационной структуры света. Проанализированы свойства тензора фотоанизотропии и его поперечной составляющей, найден явный вид тензора диэлектрической проницаемости среды со светоиндуцированной анизотропией с. Показано, что Ъ в общем случае является формальным эквивалентом тензора диэлектрической проницаемости двуосного дихроичного кристалла с гиротропией. Определены оптические оси среды, характеризующейся тензором Ъ и сделан вывод о моделировании фотоанизотропными средами свойств поглощающих немагнитных кристаллов низших сингоний. Построено общее операторное решение, описывающее эволюцию векторной амплитуды пробной (зондирующей) волны в нелинейной фотоанизотропной среде.

многоуровневое приближения для энергетической структуры частиц и схемы релаксационных процессов. Выполнен учет возможного вырождения уровней энергии без ограничений на величину полного момента количества движения. Показано, что в условиях принятых допущений все отличные от нуля компоненты тензоров кубической восприимчивости и параметрической связи мог у г быть выражены через единственную скалярную функцию (свою для каждого из тензоров), несущую информацию об их спектральных особенностях. В то же время структура тензора одинакова для различных модельных представлений, что позволило использовать двухуровневую модель в дальнейших расчетах в качестве базовой. Однако от скорости протекания, например, процессов кросс-релаксации зависит отношение максимальной величины сигнала к уровню фона в схеме стандартного Н ПС-спектрометра, что, с другой стороны, накладывает в ряде случаев ограничения на применимость двухуровневого приближения при количественной интерпретации экспериментальных зависимостей. Для системы "ансамбль двухуровневых частиц - бихроматическое излучение (накачка-зонд)" выполнен учет эффектов насыщения по следующему алгоритму: насыщение излучением накачки учитывается полностью, а зондирующее излучение - в линейном по амплитуде приближении. Показано, что характер нелинейной фотоанизотропии при мощном возбуждении, нарушающем принципы применимости ¿'"-формализма, не меняется, изменяется лишь величина эффектов. С другой стороны, с ростом амплитуды излучения накачки возможно проявление качественно нового эффекта: влияние излучения на комбинационной частоте на поляризованность среды, формирующей вторичное излучение на частоте пробного поля.

В главе 4 рассмотрено распространение поляризованного излучения в фотоанизотропной среде. Представлен общий формализм расчета регистрируемого сигнала в различных вариантах спектроскопии нелинейных процессов: спектроскопии насыщения, НПС, спектроскопии оптического смешения (СОС). Выполнен ряд теоретических обобщений путем включения в рассмотрение произвольных поляризаций и направлений распространения взаимодействующих волн. Проведена ревизия ряда литературных данных по поляризационной зависимости сигнала НПС. Предложен новый метод НПС, использующий эллиптичность излучения накачки как перестраиваемый параметр. Данный метод позволяет проводить измерения действительной и мнимой частей эффективной кубической восприимчивости и ее фазы.

Показано, что зависимость регистрируемого сигнала от эллиптичности возбуждающего светового потока может отличаться значительно в газообразных и изотропных конденсированных средах, и следует очень тщательно анализировать возможность упрощений в схеме переходов

для атомных систем. Определены условия, при которых наблюдаемые в эксперименте величины не зависят от эллиптичности излучения накачки, что позволяет не принимать во внимание возможные эффекты поляризационного самовоздейсгвия. В качестве обобщающих на рис. 1 приведены поляризационные зависимости НПС-сигнала на электронном (а) и комбинационном (б) резонансе ("trace" мода бензола). Представлено экспериментальное подтверждение выполнения клейнмановской симметрии для х{1> в водных растворах трех красителей. Последнее позволяет сделать вывод о том, что анизотропия дипольного момента электронного перехода в данных красителях является линейной, проявление колебательной структуры электронных состояний и вклад когерентных рэлеевского и манделыитам-бриллюэновского рассеяния -несущественными. С теоретической точки зрения это означает, что в рамках НПС достаточно хорошей моделью для данных сред может служить ансамбль хаотически ориентированных двухуровневых частиц. Экспериментально доказано опережающее влияние эффектов взаимодействия в сравнении с эффектами самовоздейсгвия для типичных в схеме НПС условий. Изучено одно из возможных последствий несоблюдения условия полной коллинеарности взаимодействующих пучков в схеме поляризационно чувствительной спектроскопии. Полученные результаты позволяют оценить поправку на неколлинеарность. Рассмотрена проблема отраженной зондирующей волны в поляризационной спектроскопии изотропных сред и дано ее обобщенное операторное решение, позволяющее в компактной форме вести эффективный анализ при различных поляризационно-геометрических условиях взаимодействующих волн. В частном случае линейных поляризаций последних получено аналитическое выражение для величины регистрируемого сигнала. Предложена измерительная схема НПС с одновременной регистрацией сигналов в отраженном и прошедшем свете. Детально проанализирована схема СОС. На основе полученных результатов предложены новые методы исследования х[г], базирующиеся, в частности, на немонотонном характере поведения СОС-сигнала. Изучено спектральное поведение светоиндуцированных эффектов для ряда моделей нелинейной среды. Предсказан эффект выжигания провалов в однородно уширенных контурах, впоследствии

лТ

Рис.1. Поляризационные зависимости НПС-сигнала для водного раствора малахитового зеленого (а) и бензола (б). Поляризационные параметры: мол эллиптичности эллипса поляризации излучения накачки е[-я74. тг/4|, начальный азимут линейной поляризации зондирующей волны б?|0 ё[-л72; я7 2].

подтвержденный экспериментально. Предложен новый вариант поляризационной спектроскопии с гетеродинной схемой регистрации, в котором возбуждающее излучение имеет эллиптическую поляризацию, а зондирующая волна поляризована линейно с произвольным азимутом. Показано, что зависимость величины детектируемого сигнала от эллиптичности излучения накачки может быть весьма информативной.

В главе 5 теоретически описан новый вариант нелинейной спектроскопии - нелинейная спектроскопическая эллипсомеггрия поляри-зационно неоднородных сред. НСЭ - это совокупность оптических методов исследования спектроскопических свойств среды через изучение поляризационных свойств и дисперсии поляризационных параметров вторичного излучения сред с нелинейной фотоанизотропией. На основе общего формализма получены решения, описывающие эволюцию состояния поляризации вторичного излучения. Предложены способы измерения невырожденной комплексной восприимчивости свободные от недостатков известных методов. Концепция нормальных волн распространена на среды с нелинейной фотоанизотропией произвольного типа и продемонстрированы ее возможности для спектроскопических целей. Предложен новый способ спектроскопического применения нормальных вода. Исследована трехводновая схема нелинейного взаимодействия в изотропных средах. Проведено изучение энергетических и поляризационных свойств волны на комбинационной частоте, на базе которого предложен новый нелинейно-оптический способ анализа поляризации светового потока в широком диапазоне интенсивностей. Более того, в предлагаемой конструкции эллипсометра при использовании прокачиваемого раствора красителя могут быть устранены такие существенные недостатки известных нелинейно-оптических поляриметров как неоднородность "активного" кристаллического элемента и паразитные термо-эффекты. Определен характер поляризации собственных векторов тензора параметрической связи для случая эллиптически поляризованной волны накачки. Отмечено, что схема НСЭ с генерацией новых спектральных компонент может быть сведена к классической эллипсометрии оптических систем с известными собственными поляризациями. Тогда измерение отношения собственных значений для такой системы является весьма информативным со спектроскопической точки зрения. В качестве иллюстрирующих примеров рассмотрены случаи: активной спектроскопии КР с вырожденными частотами; генерации комбинационной волны в маловязких растворах сложных молекул в условиях одноквантового

электронного резонанса; четырехфотонной спектроскопии внутри линии поглощения, когда помимо четырехфотонного процесса па резонансной электронной нелинейности необходимо дополнительно учитывать процесс когерентного рассеяния рэлеевского (или мандельштам-бршшюэновского) типа па стоячей (или бегущей) дифракционной решетке показателя преломления, наведенной в среде биением облучающих среду волн; трехволпового смешения в двухуровневых квантовых системах и р-типа кристаллах Ое и СпАч. Более того, отношение не зависит от интенсивности излучения накачки, что

сразу избавляет данный вариант НСЭ от источника сильных флуктуации, что особенно пенно при использовании импульсных лазеров. Найдены самые общие "магические" поляризационно-геометрическис условия в фемтосекундной спектроскопии резонансного рассеяния света, которые представлены в форме "магической" поверхности на рис.2. Любая точка на этой поверхности соответствует определенным параметрам возбуждающего света и условиям наблюдения, при которых квантовые биения вследствие межмолекулярного взаимодействия не проявляются во временных зависимостях резонансно рассеянного излучения при любой относительной ориентации взаимодействующих молекул. Для практических целей на "магической" поверхности можно выделить следующие точки: = 1 / 2 = стс;=<^> при ортогональной схеме регистрации, где (ус - эллиптичность возбуждающего излучения, в то время как рассеянное излучение детектируется через линейный анализатор, <р - угол между плоскостью поляризации облучающего образец света и плоскостью пропускания поляризатора перед детектором; (ля,)" = 1/3, где пг - единичный вектор волновой нормали рассеянного света, регистрация кошрого ведется без поляризующего устройства, а возбуждающее излучение в направлении п полностью деполяризовано. Важно отметить, что рассчитанные "магические" поляризационно-геометрические условия справедливы и в случаях люминесцентных исследований либо активной спектроскопии.

Глава 6 посвящена исследованию особенностей проявления эффектов фотоанизотропии в растворах сложных молекул. В таких средах теоретически и экспериментально изучено влияние на величину НПС-сигнала вращательной подвижности молекул. Показано, что фотоанизотропия должна проявляться и при круговой поляризации возбуждающего излучения, хотя в отсутствие броуновского вращения многоатомных молекул волна накачки такой поляризации не создает

Рис.2 "Магическая" поверхность поляризационно-геометрических условий в фемтосекундной спектроскопии резонансного рассеяния света. По оси ординат отложен угол наблюдения по отношению к направлению возбуждения. О и е - поляризационные параметры облучающего образец света.

анизотропии в направлении (либо встречном) распространения. Параметрическая связь анизотропна и при циркулярной поляризации поля накачки.

Выяснен характер концентрационных зависимостей как поляризационных параметров зондирующей и комбинационной ноли, гак и НПС-сигнала, отмечена возможность оптимизации схемы нелинейного оптического эллипсометра, описанного в пятой главе.

Рассчитана величина детектируемого сигнала в схемах НПС и НСЭ в условиях сильного насыщения, теоретически воспроизведен наблюдаемый в эксперименте насыщающийся и немонотонный характеры регистрируемых зависимостей, отмечено также возрастание асимметрии поляризационного спектра с увеличением интенсивности возбуждения в условиях сравнимых вкладов однородного и неоднородного уширений в полную ширину резонансного перехода. С другой стороны, интенсивность накачки может служить управляющим параметром числа особых точек (и их положения в спектральной области) с нулевым значением светоиндуцированных двулучепрелом-ления либо дихроизма.

Выполнено обобщение метода НПС на случай пикосекуидиого возбуждения. Показано, что характер нелинейной фотоанизотропии практически не зависит от длительной и импульсов. В то же время в НПС с пи ко секу н; ичы м разрешением проявляются некоторые специфические эффекты, такой, например, как подробно исследованная зависимость величины пропускания через блокирующий анализатор от времени задержки между возбуждающим и пробным импульсами. Изучение данной зависимости позволяет в принципе выявить спектральную зависимость времени фазовой релаксации резонансного перехода.

Показано, что методы НПС могут оказаться весьма полезными для измерения характерных времен релаксации неоднородно уширенных переходов. С другой . стороны, существование возможности при определенных условиях в растворах многоатомных молекул спектрального разделения светоиндуцированных эффектов двулучепреломления и дихроизма представляется достаточно перспективным как для управления и стабилизации параметров лазерного излучения, так и для повышения точности методов внутрирезонаторной спектроскопии.

Установлено, что анализ формы дисперсионных кривых в НПС требует учета как реальной формы полосы поглощения однородно уширенного перехода, так и функции распределения по частотам

резонансных переходов и может служить источником полезной информации о характере уширения спектров и взаимодействии молекул активатора с окружением.

Показано, что исследование светоиндуцированного дихроизма в поляризационно неоднородных средах может дать достаточно интересную информацию о свойствах этих сред. Интерпретация экспериментальных результатов для ряда растворов красителей позволила сделать вывод о нарушении для них клейнмановской симметрии тензора кубической восприимчивости, которая наблюдалось ранее для водных растворов трифенилметановых красителей и родамина-В. Такое нарушение обусловлено скорее влиянием вынужденных рассеяний на отклик среды в поле достаточно мощного излучения накачки, а не вращательной подвижностью молекул в растворе.

Определены поляризационно-геомеггрические условия в неколли-неарной геометрии эксперимента для корректной количественной интерпретации экспериментальных данных по проявлению нелинейной фотоанизотропии в изотропных средах.

Предсказанные теоретически в четвертой главе спектральные особенности НПС-сигнала обнаружены при экспериментальном исследовании ряда растворов красителей, эмпирически установлен характер зависимости времени жизни молекул красителей (crystal violet (CV) и malachite green oxalate (MGO)) в первом возбужденном синглетном состоянии г от вязкости раствора t]v: CV - т~ rff, MGO -

Впервые измерена и интерпретирована дисперсия светоиндуциро-ванных линейных дихроизма и двулучепреломления в растворах трифенилметановых красителей, methylene blue, родамина-fi (влияние тепловой нелинейности практически отсутствует) и бензольном растворе /2. Показано, что спектральная зависимость светоиндуцированного линейного двулучепреломления имеет дисперсионный профиль, а аналогичное поведение светоиндуцированного линейного дихроизма является квазилоренцевым. Внешнее двулучепреломление является источником асимметрии НПС-сигнала. Влияние нерезонансных процессов, учтенное через действительную нерезонансную составляющую кубической восприимчивости, может приводить лишь к деформации спектрального контура наведенного излучением двулучепреломления, в то время как наличие внешнего двулучепрелом-

ления в оптическом канале измерения позволяет еще и детектировать его

дисперсию.

Экспериментально подтвержден теоретический вывод, что к светоиндуцированной гиротропии может приводить тепловой механизм нелинейности.

Начало главы 7 посвящено описанию моделей полностью деполяризованного квазимонохроматического света в классической оптике. Представлены два состояния такого излучения, названные нами "клубок" (эллиптическое состояние поляризации со случайным азимутом и эллиптичностью) я "ежик" (состояние линейной поляризации с равномерно распределенным азимутом), и выполнена их компьютерная визуализация. Затем на основе тензора светового пучка, матриц Джонса, Мюллера и вектор-параметра Стокса дано описание метода НПС с частично поляризованным и неполяризованным светом. Рассчитан тензор фотоанизотропии поляризационно неоднородной среды, наведенной поляризационно некогерентным светом. Показано, что в общем случае такая среда моделирует свойства дихроичного одноосного кристалла с оптической осью вдоль направления распространения возмущающего излучения. Когда используется ортогональная геометрия в НПС, случаи возбуждения неполяризованным и линейно поляризованным излучением различаются (при общей тенденции уменьшения величины нелинейной фотоанизотропии при деполяризации излучения накачки) лишь направлением вращения плоскости поляризации зондирующей волны по отношению к наведенным оптическим осям и знаком индуцированной эллиптичности. Проведен анализ случаев: частично и полностью деполяризованная пробная волна и поляризованная волна накачки, неполяризованные возбуждающее и зондирующее излучение. Показаны новые возможности измерения на основе изучения зависимостей поляризационных изменений пробной волны от эллиптичности излучения накачки. Это обусловлено немонотонным характером таких зависимостей и существованием на них "нулевых" точек. Предсказан новый эффект усиления свето-индуцированных двулучепреломления и дихроизма при небольшой деполяризации опрашивающею пучка. Такой подход представляется весьма полезным особенно при изучении слабых поляризационных эффектов, когда традиционные методы не позволяют надежно регистрировать систематические изменения поляризационных параметров зонда. На основе функции близости поляризационных состояний проведен анализ поляризующего эффекта конкретных сред со

светоиндуцированной анизотропией. Сделан вывод о значительной эффективности поглощающих либо усиливающих поляризаторов на основе фотоанизотропной среды особенно при помещении последней среды в резонатор.

В главу 8 включены результаты исследования проявления нелинейной фотоанизотропии растворов красителей в характеристиках квазистационарного стимулированного излучения в режимах усиления и генерации. В режиме усиления представлена теоретическая интерпретация взаимосвязи поляризации возбуждающего лазерного излучения, взаимной ориентации направления излучения накачки и оси изотропного резонатора типа Фабри-Перо с поляризацией и спектрально-энергетическими характеристиками генерируемого ЛК излучения. Показано, что поляризационные моды ЛК имеют линейные взаимноортогональные состояния поляризации независимо от характера фотоанизотропии активной среды. Рассмотрено влияние анизотропного элемента (идеальный поляризатор) внутри резонатора на интенсивность и спектр генерации ЛК. Показано, что при определенных условиях путем изменения эллиптичности излучения продольной накачки либо угла между вектором линейной поляризации ортогонально возбуждающего излучения и осью резонатора достигается плавная перестройка частоты генерации ЛК в пределах всего межмодового интервала резонатора. Для двухмодового режима генерации отмечена возможность управления величиной частотного межмодового интервала при изменении состояния поляризации излучения накачки. Развита теория собственно генерации ЛК с произвольно поляризованной квазимонохроматической накачкой в условиях слабого и сильного насыщения в ориентационном распределении возбужденных молекул. Определены оптимальные (в смысле получения максимального КПД генерации) поляризационно-геометрические. условия. Рассчитаны зависимости степени поляризации и интенсивности излучения генерации ЛК от интенсивности лазерного возбуждения. Предложен и экспериментально апробирован новый параметр управления (эллиптичность (степень поляризации) излучения накачки) поляризационно-энергетическими характеристиками стимулированного излучения сред со светоиндуцированной анизотропией. Установлено влияние поляризационной микроструктуры полностью деполяризованного излучения поперечной накачки на степень поляризации излучения ЛК. Показано, что поляризационный анализ излучения генерации является достаточно чувствительным методом исследования векторно-статистических свойств света, проявляющихся в

корреляционных функциях п(п >4) -того порядка. Предложен и реализован (в фазовом модуляторе бегущей волны) способ быстрой модуляции световых сигналов произвольной поляризации.

ВЫВОДЫ

1. Для ансамблей п-уровневых частиц (п=2,3,4...К) рассчитаны тензоры светоиндуцированной анизотропии и параметрической связи. Установлена связь структуры этих тензоров с векторным характером поля излучения и анизотропией свойств квантовых переходов. Классификация Ф.И.Федорова анизотропных свойств немагнитных поглощающих кристаллов применена к нелинейным фотоанизотропным средам. Показано, что такие среды, в общем случае, имеют четыре круговые оптические оси и моделируют свойства поглощающих кристаллов низших сингоний.

2. Получены теоретические выражения, адекватно описывающие экспериментальные зависимости в схемах: спектроскопии насыщения, нелинейной поляризационной спектроскопии, включая отражательную конфигурацию, спектроскопии оптического смешения. Предложены новые высокоточные методы измерения оптических нелинейностей, основанные на детектировании точек экстремумов в поляризационно-энергетических зависимостях регистрируемого сигнала, и проведена оптимизация измерительных схем по поляризационно-геометрическому фактору.

3. Теоретически обоснован и экспериментально реализован новый вариант нелинейной спектроскопии - нелинейная спектроскопическая эллипсометрия изотропных сред. На основании общего решения для эволюции векторной амплитуды пробной волны получены выражения для расчета угла поворота плоскости поляризации (осей поляризационного эллипса) и индуцированной эллиптичности, а также предложены методы измерения спектральных зависимостей этих параметров. Показано, что для сред с индуцированной световым излучением анизотропией в общем случае нормальные волны эллиптически поляризованы с одинаковой эллиптичностью, направления обхода эллипсов противоположны, а их оси не являются ортогональными. Изучены новые возможности спектроскопического применения концепции нормальных волн. Исследованы поляризационные свойства трехволнового смешения в поляриза-ционно неоднородных средах в общем случае произвольно поляризованных взаимодействующих волн. Предложен и теоретически проанализирован метод эллипсометрического измерения отношения собственных значений тензора параметрической связи.

Установлены поляризационно-геометрнческие условия, исключающие проявления квантовых биений, обусловленных межмолекулярным

взаимодействием в фемтосекундиой спектроскопии резонансного рассеяния света.

4. Развитый тензорно-операторный подход применен к исследованию фотоанизотропных свойств растворов многоатомных молекул. Проведен учет процессов релаксации индуцированной светом анизотропии: броуновского вращения молекул, миграции энергии электронного возбуждения. Предсказан и экспериментально обнаружен ряд новых эффектов, обусловленных вращательной подвижностью молекул, динамическим уширением электронных спектров в жидких растворах и насыщением резонансно поглощающего перехода. С использованием разработанного спектрометра проведены измерения нелинейных поляризационных спектров растворов ряда красителей, обнаружена и интерпретирована их асимметрия. Впервые измерены спектральные контуры нелинейных дихроизма и двулучепреломления. Получено решение, определяющее частотное поведение сигнала при высоких уровнях накачки, качественно адекватно описывающее экспериментальные данные. Теоретически предсказан и экспериментально подтвержден новый эффект выжигания провалов в спектральных контурах поляризационных параметров сигнальной водны и функции пропускания для однородно уширенных резонансных сред. Предложен критерий идентификации характера уншрения электронных спектров растворов многоатомных молекул, основанный на регистрации асимметрии спектрального контура сигнала в схеме нелинейной поляризационной спектроскопии.

5. На основе формализма тензора светового пучка предложен и теоретически проанализирован новый спектроскопический метод -нелинейная поляризационная спектроскопия с частично поляризованным и полностью неполяризованным светом. Предсказан новый эффект поляризационно некогерентного усиления светоиндуцирован-ных двулучепреломления и дихроизма.

6. Интерпретирована взаимосвязь поляризации возбуждающего излучения, взаимной ориентации направления излучения накачки и оси изотропного резонатора типа Фабри-Перо с поляризацией и спектрально-энергетическими характеристиками генерируемого ЛК излучения. Проанализированы режимы слабого и сильного насыщения в ориентационном распределении возбужденных молекул.

Установлены поляризационные условия, позволяющие оптимизировать КПД генерации. Предложены и экспериментально апробирован новый параметр управления (эллиптичность излучения накачки) характеристиками квазистационарного излучения генерации ЛК. Указано на новую возможность изучения поляризационной микроструктуры неполяризованного света, используемого в качестве накачки ЛК. 7. Предложены новые способы:

- изменения частоты генерации одночастотного лазера на красителе;

- фазовой модуляции электромагнитного излучения;

- определения эллиптичности света;

- определения степени поляризации света;

- определения закона поглощения света;

- определения формы поляризации циркулярно поляризованного света;

- определения отношения светонаведенных изменений показателя преломления и коэффициента поглощения изотропной среды;

- оптического управления поляризацией света;

- изменения энергии генерации лазера на красителе;

- определения распределения плотности вещества; устройство:

- поляриметр.

Создана экспериментальная установка:

- наносекундный спектрометр для регистрации спектров нелинейной фотоанизотропии с разрешением 0.2см"'.

СПИСОК ОПУБЛИКОВАННЫХ РАБОТ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

статьи

1. Gancheryonok 1.1. Nonlinear Spectroscopic Ellipsometry of isotropic Media // Review of Laser Engineering. - 1992. - Vol.20, No.7. - P.502-513.

2. Gancheryonok I.I. Propagation of Polarized Light in Media with Laser Induced Anisotropy: Study in the Framework of Nonlinear Spectroscopy II Review of Laser Engineering. - 1992. - Vol.20, No. 10. - P.813-822.

3. Буров Л.И., Ганчеренок И.И. Эффекты наведенной гиротропии в растворах сложных молекул // Вестн. Белорусского ун-та. Сер.1.-1984.-№1,- С.61-63.

4. Буров Л.И., Ганчеренок И.И. Эффекты наведенной анизотропии в средах с двойным оптическим резонансом II Вестн. Белорусского унта. Cep.L-1985.-№L-С.5-8.

5. Влияние зонных характеристик на точность фотометрирования / Л.И.Буров, И.И.Ганчеренок, С.С.Ветохин, И.Р.Гулаков // Ж. прикл. спектроскопии,- 1985,- Т.43, №5,- С.834-837.

6. Буров Л.И., Ганчеренок И.И. Комбинационные волны в нелинейной поляризационной спектроскопии // Ж. прикл. спектроскопии,- 1986,-Т.44, №2,- С.328-330.

7. Буров Л.И., Ганчеренок И.И. Нелинейная поляризационная спектроскопия растворов сложных молекул при нарушении симметрии Клейнмана // Ж. прикл. спектроскопии.- 1987,- Т.46, №4,-С.654-658.

8. Буров Л.И., Ганчеренок И.И. Нормальные волны в средах со светоипдуцированной анизотропией // Оптика и спсктроскопия,-1986,- Т.60, Вып.З,- С.567-572.

9. Влияние броуновского вращения на эффекты свет оиндуцированной анизотропии в растворах сложных молекул / Л.И.Буров, И.И.Ганчеренок, Е.С.Воропай, В.А.Саечников II Оптика и спектроскопия.- 1986.- Т.61, №1.- С.64-67.

10. Буров Л.И., Ганчеренок И.И. Дисперсия светоиндуцированной анизотропии красителей в условиях неоднородного уширения резонансного перехода // Оптика и спектроскопия,- 1988.- Т.64, №2.-С.306-309.

П.Буров Л.И., Ганчеренок И.И. Поляризация излучения жидкостного лазера с изотропным резонатором II Оптика и спектроскопия.- 1986,-

Т.61, №4,- С.890-892.

12. Проявление эффектов светоиндуцированной анизотропии растворов красителей при неколлинеарной накачке / Л.И.Буров, И.И.Ганчеренок, Е.С.Воропай, В.А.Саечников // Вестн. Белорусского ун-та. Сер.1,- 1986,- №3,- С. 10-12.

13. Буров Л.И., Ганчеренок И.И. Нелинейная поляризационная спектроскопия растворов сложных молекул при пикосекундном возбуждении // Ж. прикл. спектроскопии.- 1986,- Т.45, №5.- С.861-864.

14. Буров Л.И., Ганчеренок И.И. О влиянии миграции энергии электронного возбуждения на концентрационную зависимость эффектов светоиндуцированной анизотропии в растворах красителей // Оптика и спектроскопия.- 1987,- Т.63, №3.- С.659-660.

15. Буров Л.И., Ганчеренок И.И. Влияние поляризации и геометрии накачки на энергетические характеристики лазера на красителе с анизотропным резонатором // Вестн. Белорусского ун-та. Сер.1,-1988,-№1,- С.3-6.

16. Ганчеренок И.И. К вопросу о концентрационной зависимости эффектов нелинейной фотоанизотропии в растворах красителей // Оптика и спектроскопия.- 1989.- Т.67, №2,- С.464-466.

17. Ганчеренок И.И., Листопад А.П. К феноменологической теории нелинейной поляризационной спектроскопии изотропных конденсированных сред Н Оптика и спектроскопия.- 1990,- Т.68, №2.- С.474-476.

18. Ганчеренок И.И. О влиянии эллиптичности поляризации продольной накачки на энергетические и поляризационные характеристики лазеров на красителях // Ж. прикл. спектроскопии.- 1990.- Т.52, №6,-С.921-925.

19. Ганчеренок И.И. Проявление концентрационных эффектов в схеме активной поляризационной четырехфотонной спектроскопии растворов красителей // Оптика и спектроскопия. - 1992. - Т.72, №2. -С.444-446.

20. Gancheryonok I.I. Nonlinear Polarization Spectroscopy with Nonpolarized Light // Jpn.J.Appl.Phys. - 1992. - Vol.31, No.ll. - P.3564-3568.

21.0 новой возможности оптического управления поляризацией излучения, генерируемого растворами сложных молекул / И.И.Ганчеренок, А.В.Жвалевский, А.П.Клищенко, И.Н.Козлов // Письма в ЖТФ.- 1992.- Т. 18, №12,- С.28-31.

22. Gancheryonok I.I. Conception of Normal Waves in Nonlinear Polari7ation Spectroscopy // Jpn.J.Appl.Phys. - 1992. - Vol.31, No. 12. -

P.3862-3868.

23. Ганчеренок И.И., Гайсенок В.А. О новом методе нелинейной спектроскопической зллипсометрии изотропных сред //' Письма в ЖТФ. - 1993. - Т.19, В.6. - С. 1-5.

24. Ганчеренок И.И., Гайсенок В.А. Поляризационная зависимость сигнала в нелинейной модуляционной спектроскопии // Письма в ЖТФ. - 1993. - Т.19, В.20. - С.63-68.

25. Gancheryonok 1.1. Optically Heterodyned Polarization Interferometry of Dye Solutions in Frequency Domain // Sci. Int. (Lahore) Pakistan. - 1992. - Vol.4, No.4,- P.307-310.

26. Gancheryonok I.I. Comment on "Two-state Description of Total Polarization by Means of Singular Eigenvalue Problem" // J.Mod.Optics. -1993. - Vol.40, No.3. - P.373-374.

27. Ганчеренок И.И., Гайсенок В.А. Оптическая гетеродинная поляризационная спектроскопия с эллиптически поляризованной волной накачки // Оптика и спектроскопия. - 1993. - Т.75, №6. -С. 1296-1299.

28. Ганчеренок И.И. Жаврид П.Г., Гайсенок В.А. О светоиндуци-рованном дихроизме в изначально изотропных средах // Письма в ЖТФ. - 1993. - Т. 19, В.15.-С.6-11.

29. Gancheryonok I.I., Saikan S., Kushida Т. Peculiarities of Nonlinear Spectroscopic Ellipsometry of Initially Isotropic Substances // Thin Solid Films. - 1993.-Vol.234,- P.380-384.

30. Gancheryonok 1.1., Kushida T. Polarization Characteristics of Optical Three-Wave Mixing Spectroscopy in Isotropic Media II J.Phys.SocJpn. -1993. - Vol.62, No.9. - P.3071-3076.

31. Gancheryonok 1.1., Kanematsu Y., Kushida T. New Possibilities of Optically Heterodyned Polarization Interferometry of Isotropic Media: Linearly and Circularly Polarized Pump and Probe Waves // J.Phys.SocJpn. - 1993. - Vol.62, No.6. - P. 1964-1977.

32. Gaisyonok I.I., Gancheryonok I.I.. Klischenko A.P. Nonlinear Optics and Spectroscopy of Media with Light Induced Anisotropy: General Approach and New Possibilities // Proc. SPIE. - 1993. - Vol.1983. - P.826-827.

33. Gancheryonok 1.1., Shapochkina I.V., Gaisyonok V.A. Nonlinear Spectroscopic Ellipsometry of Polarization Inhomogeneous Media: General Approach and New Possibilities // Proc. SPIE.- 1994.- Vol.2370.-P.302-311.

34. Ганчеренок И.И., Лавриненко А.В., Гайсенок В.А. Неколлинеарная геометрия в поляризационно чувствительной спектроскопии П Письма в ЖТФ. - 1994. - Т.20., В.2. - С.53-56.

35. Polarization Spectroscopy: Theory Beyong Assumption of Collinearity of Interacting Waves / I.I.Gancheryonok, A.Y.Lavrinenko, I.V.Shapochkina et al. // J.Mol.Structure.- 1995,- Vol.349.- P.211-214.

36. Optically Heterodyned Polarization Interferometry of Initially Isotropic Media: Generalizations and New Effects / I.I.Gancheryonok, I.V.Gaisyonok, P.G.Zhavrid, V.A.Gaisyonok II Proc. SPIE. - 1994. -Vol.2340. - P.66-74.

37. Gancheryonok I.I., Lavrinenko A.V. Reflection Variant of Nonlinear Polarization Spectroscopy II Optica Applicata. - 1995. - Vol.25, No.2. -P.93-102.

38. Ганчеренок И.И., Шапочкина И.В., Гайсенок В.А. О новой возможности исследования поляризационной микроструктуры неполяризованного света // Письма в ЖТФ.- 1994,- Т.10, №22,- С.53-56.

39. Ганчеренок И.И., Гайсенок В.А. О светоиндуцированном дихроизме в поляризационно неоднородных средах // Оптика и спектроскопия.-1994,- Т.77, №3. - С.389-393.

40. Ганчеренок И.И., Жаврид П.Г. О нарушении симметрии Клейнмана для компонент тензора кубической восприимчивости растворов красителей //Журнал технической физики,- 1995. - Т.65, №7. - С. 191194.

41. Ганчеренок И.И., Лавриненко А.В. К вопросу об отражательной конфигурации в схеме нелинейной поляризационной спектроскопии "накачка-зонд" // Оптика и спектроскопия,- 1995,- Т.78, №6. - С.978-979.

42. Ганчеренок И.И., Шапочкина И.В. Генерационные особенности лазеров на красителях с изотропным резонатором в режиме насыщения в ориентационном распределении возбужденных молекул // Оптика и спектроскопия,- 1995,- Т.79, №1. - С. 163-167.

43. Ганчеренок И.И., Шапочкина И.В. К вопросу о степени поляризации излучения генерации лазеров на красителях с изотропным резонатором и лазерной накачкой // Оптика и спектроскопия,- 1996,-Т.80, №1,- С.153-158.

44. Ганчеренок И.И., Жаврид П.Г. К теории оптической гетеродинной поляризационной интерферометрии изначально изотропных сред II Оптика и спектроскопия.- 1995.- Т.79, №6,- С.988-992.

22. Gancheryonok I.I. Conception of Normal Waves in Nonlinear Polarization Spectroscopy // Jpn.J.Appl.Phys. - 1992. - Vol.31, No. 12. -

P.3862-3868.

23. Ганчеренок И.И., Гайсенок B.A. О новом методе нелинейной спектроскопической эллипсометрии изотропных сред П Письма в ЖТФ. - 1993. - Т.19, В.6. - С. 1-5.

24. Ганчеренок И.И., Гайсенок В.А. Поляризационная зависимость сигнала в нелинейной модуляционной спектроскопии // Письма в ЖТФ. - 1993. - Г. 19, В.20. - С.63-68.

25. Gancheryonok 1.1. Optically Heterodyned Poiarization Interfere in etry of Dye Solutions in Frequency Domain // Sci. Int. (Lahore) Pakistan. - 1992. - Vol.4, No.4,- P.307-310.

26. Gancheryonok I.I. Comment on "Two-state Description of Total Polarization by Means of Singular Eigenvalue Problem" // J.Mod.Optics. -1993. - Vol.40, No.3. - P.373-374.

27. Ганчеренок И.И., Гайсенок B.A. Оптическая гетеродинная поляризационная спектроскопия с эллиптически поляризованной волной накачки // Оптика и спектроскопия. - 1993. - Т.75, №6. -С. 1296-1299.

28. Ганчеренок И.И., Жаврид П.Г., Гайсенок В.А. О светоиндуци-роваином дихроизме в изначально изотропных средах // Письма в ЖТФ. - 1993. - Т.¡9, В.15,- С.6-11.

29. Gancheryonok I.I.. Saikan S., Kushida Т. Peculiarities of Nonlinear Spectroscopic Ellipsometry of Initially Isotropic Substances // Thin Solid Films. - 1993.-Vol.234,- P.380-384.

30. Gancheryonok 1.1., Kushida T. Polarization Characteristics of Optical Three-Wave Mixing Spectroscopy in Isotropic Media // J.Phys.Soc.Jpn. -1993. - Vol.62, No.9. - P.3071-3076.

32. Gaisyonok 1.1., Gancheryonok I.I., Klischenko A.P. Nonlinear Optics and Spectroscopy of Media with Light Induced Anisotropy: General Appxoach and New Possibilities // Proc. SPIE. - 1993. - Vol.1983. - P.826-827.

33. Gancheryonok 1.1., Shapochkina I.V., Gaisyonok У.А. Nonlinear Spectroscopic Ellipsometry of Polarization Inhomogeneous Media: General Approach and New Possibilities II Proc. SPIE.- 1994,- Vol. 2370.-P.302-311.

34.Ганчеренок И.И., Лавриненко А.В., Гайсснок В.А. Неколлинеарная геометрия в поляризационно чувствительной спектроскопии // Письма в ЖТФ. - 1994. - Т.20., В.2. - С.53-56.

35. Polarization Spectroscopy: Theory Beyong Assumption of Collinearity of Interacting Waves / I.I.Gancheryonok, A.V.Lavrinenko, I.V.Shapochkina et al. // J.Mol.Structure.- 1995,- Vol.349.- P.211-214.

37. Gancheryonok I.I., Lavrinenko A.V. Reflection Variant of Nonlinear Polarization Spectroscopy // Optica Applicata. - 1995. - Vol.25, No.2. -P.93-102.

38. Ганчеренок И.И., Шапочкина И.В., Гайсенок B.A. О новой возможности исследования поляризационной микроструктуры неполяризованного света // Письма в ЖТФ.- 1994,- Т. 10, №22.- С.53-56.

40. Ганчеренок И.И., Жаврид П.Г. О нарушении симметрии Клейнмана для компонент тензора кубической восприимчивости растворов красителей // Журнал технической физики.- 1995. - Т.65, №7. - С. 191194.

42. Ганчеренок И.И., Шапочкина И.В. Генерационные особенности лазеров на красителях с изотропным резонатором в режиме насыщения в ориентационном распределении возбужденных молекул II Оптика и спектроскопия,- 1995,- Т.79, №1. - С.163-167.

44. Ганчеренок И.И., Жаврид П.Г. К теории оптической гетеродинной поляризационной интерферометрии изначально изотропных сред // Оптика и спектроскопия,- 1995,- Т.79, №6,- С.988-992.

45. New Results in the Theory of Optically Heterodyned Polarization Inteiferometry of Polarization inhomogeneous Media / I.I.Gancheryonok, l.V.Shapochkina, P.G.Zhavrid et al. // Proc. SPIE.- 1996,- Vol.2778.-P.921-922.

Авторские свидетельства

1. A.c. 1349652 СССР, МКИ Н Ol S 3/10. Способ изменения частоты генерации одночастотного лазера на красителе / Л.И.Буров, Е.С.Воропай, И.И.Ганчеренок, П.А.Торпачев (СССР).- 3960804/24-25; Заявлено 08.07.85,- 2с.

2. A.c. 1394965 СССР, МКИ G 02 F 1/03. Способ фазовой модуляции электромагнитного излучения / Л.И.Буров, С.С.Ветохин, И.И.Ганчеренок (СССР).- 4069756/24-25; Заявлено 10.04.86,- 5с.

3. A.c. 1363934 СССР, МКИ G 01 J 4/04. Поляриметр / Л.И.Буров, С.С.Ветохин, И.И.Ганчеренок, В.В.Грузинский (СССР).- 4018147/3125; Заявлено 24.01.86,- 4с.

4. A.c. 1592863 СССР, МКИ G09 В 23/22. Способ определения эллиптичности света / И.И.Ганчеренок, С.С.Ветохин (СССР).-4490045/31-12; Заявлено 03.10.88; Опубл. 15.09.90, Бюл. №34,- 2с.

5. A.c. 1517058 СССР, МКИ G 09 В 23/22. Учебный способ определения степени поляризации света / С.С.Ветохин, И.И.Ганчеренок (СССР).-4361060/31-12; Заявлено 07.01.88; Опубл. 23.10.89, Бюл. №39,- 2с.

6. A.c. 1517059 СССР, МКИ G 09 В 23/22. Учебный способ определения закона поглощения света / С.С.Ветохин, И.И.Ганчеренок (СССР).-4366236/31-12; Заявлено 19.01.88; Опубл. 23.10.89, Бюл. №39,- Зс.

7. A.c. 1755319 СССР, МКИ G 09 В 23/22. Способ определения формы поляризации циркулярно поляризованного излучения / И.И.Ганчеренок, С.С.Ветохин, А.П.Листопад (Беларусь).- 4730201/25; Заявлено 15.08.89; Опубл. 15.08.92, Бюл. №30.- Зс.

Патенты

1. Пат. 1599721 СССР, МКИ G 01 N 2J/41. Способ определения отношения светонаведенных изменений показателя преломления и коэффициента поглощения изотропной среды / В.А.Гайсенок, И.И.Ганчеренок, С.С.Ветохин (СССР).- 4619048.31-25; Заявл. 01.11.88; Опубл. 15.10.90, Бюл. №38,- Зс.

2. Пат. 1554622 СССР, МКИ G 02 F 1/137. Способ оптического управления поляризацией света / И.И.Ганчеренок, С.С.Ветохин (СССР).- 4375960/31-25; Заявл. 07.02.88.- Зс.

3. Пат. 1600596 СССР, МКИ Н 01 S 3/10. Способ изменения энергии генерации лазера на красителе / И.И.Ганчеренок (СССР).- 4397309/31-

25; Заявл. 29.02.88,- 2с.

4. Пат. 2014586 РФ, МКИ 5 G 01 N 21/21. Способ определения распределения плотности вещества / И.И.Ганчеренок, В.А.Гайсенок (Беларусь). - 4907332/25; Заявл. 10.12.90; Опубл. 15.06.94, Бюл. №11. -4с.

Материалы и труды конференций, сборники статей

1. Ганчеренок И.И. Влияние светоиндуцированной анизотропии на эффекты параметрического взаимодействия поляризованных волн // Материалы VIII Республиканской конф. по физике.- Минск, 1986.-Ч.1.- С.122-123.

2. Gancheryonok I.I., Gaisyonok V.A. Inhomogeneous Broadening and Asymmetry of Nonlinear Photoanisotropic Spectra of Polyatomic Molecules in Solutions // Proc. Int.Conf. QELS'94. - Anaheim, USA, 1992. - P.74-75.

3. Nonlinear Spectroscopy with Arbitrary Polarizations of the Interacting Waves/ V.A.Gaisyonok, I.I.Gancheryonok, A.P.Klischenko, T.Kushida // Tech. Didest of the 4th Eur. Quant. Electron. Conf. - Firenze, Italy, 1993. -Vol.1.-P.258-261.

4. Raman-Induced Kerr Effect with Arbitrary Polarized Light / I.I.Gancheryonok, I.V.Gaisyonok, P.G.Zhavrid, V.A.Gaisyonok // Proc. XIV Int. Conf. on Raman Spectroscopy. - Hong Kong, 1994. - Add.Vol. -P. 129-130.

5. Gancheryonok I.I., Gaisyonok V.A. Polarization Four-Photon Spectroscopy with Elliptically Polarized and Completely Depolarized Light // Tech. Digest of IQEC'94.-Anaheim, USA, 1994. - Vol.9.- P.188-189.

6. Gancheryonok I.I., Kanematsu Y., Kushida T. New Spectroscopic Techniques on the Basis of Elliptically Polarized Pumping // Proc. 1st Topical Meeting on High Resolution Spectroscopy. - Utah, USA, 1993. -WB6.

7. New Possibility for Investigation of Polarization Microstructure of Completely Nonpolarized Light / I.I.Gancheryonok, I.V.Gaisyonok, P.G.Zhavrid et al. // Tech. Digest of Europe - EQEC'94. - Amsterdam, The Netherlands, 1994. - P. 151.

8. Gaisyonok V.A., Gancheryonok I.I., Zhavrid P.G. Laser-Induced Polarization Deformation of Light: Theory Beyond Restrictions on the Pumping Intensity // Tech. Digest of the 15th Int. Conf. on Coherent and Nonlinear Optics.- St.Petersburg,

Russia, 1995.- Vol.1.- P.431-432.

9. Gancheryonok I.I. One More "Don't" for Using Computers in Physics Instructions or Error Analysis in Physics Education II Introductory Physics Education in Univesity. Proc. of the ASPEN General Conf. and Symp.-Kanagawa, Japan, 1992,- P.214-2J7.

10. Влияние зонной неоднородности чувствительности диссектора на точность фотометрирования У Л.И.Буров, С.С.Ветохин, И.И.Ганчерс-нок, И.Р.Гулаков // Лазерная и оптоэлектронная техника. Межвузовский сб. научных трудов,- Минск, 1992.-- В.2,- С.214-216.

Резюме Ганчеренок Игорь Иванович

Нелинейная фотоанизотропия изотропных резонансных сред и ее спектроскопические приложения

Ключевые слова: нелинейная восприимчивость, светоиндуцированная анизотропия, двулучепреломление, дихроизм, нелинейная спектроскопия, эллипсометрия, поляризация, деполяризация, лазер на красителе.

Объект исследования. Светоиндуцированная анизотропия в изначально изотропных (поляризационно неоднородных) средах (ПНС) (модельные системы, растворы многоатомных молекул), ее приложения в нелинейной оптике, спектроскопии и квантовой электронике.

Цель работы. Комплексное и систематическое изучение нелинейной фотоанизотропии в ПНС, ее проявлений в характеристиках вторичного вынужденного излучения и разработка новых поляризационно чувствительных спектроскопических методик, нелинейно-оптических измерительных способов и методов управления параметрами когерентного электромагнитного излучения.

Методы исследования и аппаратура. Методы расчета нелинейного отклика среды на основе уравнений для матрицы плотности, приближение балансных уравнений, операторный подход при описании процессов распространения излучения в фотоанизотропной среде и отражения от такой среды; федоровский формализм тензора светового пучка; техника прецизионной нелинейной поляризационно чувствительной спектроскопии.

Полученные результаты и их новизна. Развита теория нелинейной фотоанизотропии ПНС и на ее основе: предложены новые спектроскопические методы, найдены "магические" поляризационво-геометрические условия в резонансной спектроскопии рассеяния света, установлены закономерности и выявлены новые особенности проявления нелинейной фотоанизотропии в растворах сложных молекул, предсказан ряд новых эффектов, сделаны обобщения на случай возбуждения среды поляризационно некогерентным излучением, сделано 11 изобретений.

Ключевые положения теории подтверждены экспериментально.

Данная работа относится к фундаментальным исследованиям. Полученные результаты применимы для решения самого широкого спектра задач как в рамках нелинейной оптики и спектроскопии, квантовой электроники и физики информационных процессов, так и в смежных областях, например, дистанционной диагностике вещества, а также в учебном процессе.

Рэзюмэ Ганчаронак 1гар 1ванав1ч

Нелшейная фотаанватрагая патронных рэзанансных асяроддзяу I яе спектраскатчныя прмкладашп

Ключавыя славы: нелишняя успрымальнасць, святло'шдуцыраваиая алпатрапш, двухпрамяневае праламленне, дыхршзм, нелшейная спект-раекатя, элтсаметрыя, палярызацыя, дэпалярызацыя, лазер на фарбаваль-тках.

Абъект даследвапня. Святлошдуцыраваная ашзатратя у пачагкова патронных (палярызацыйна неаднародных) асяроддзях (ПНА) (мадэльныя слстэмы, растворы шмататамных малекул), яе прыкладанш у нелшейнай отыцы, спектраскапц 1 квантавай электроншы.

Мэтпа работы. Комплекснае 1 Ыстэматычнае вьгаучэнне нелшейнай фoтaaнiзaтpaпii у ПНА, яе праяуленш у характарыстыках другаснага вымушанага выпраменьвання : распрацоука новых палярызацыйна адчувальных спектраскашчных методык, нелшейна-аптычных вымяраль-ных спосабау 1 метадау юравання параметрам! кагерэнтнага электра-магштнага выпраменьвання.

Метады даследвапня I апаратура, Метады даследванпя пелшейнага водгука асяроддзя на падставе урауненняу для матрыцы тчыльнасць прыбл1жэння балансных урауненняу, анератарны падыход пры атсанш працэсау распаусюджпання выпраменьвання у ашзатропным асяроддз1 1 адбщця ад такога асяроддзя, фёдараусю фармашзм тзнзара светлавога пучка, тэхшка прэцЫпнай нелшейнай палярызацыйна адчувальнай спсктраскапн.

Атрьшаныя вынШ / ¡х павана. Разв1та тэорыя нелшейнай фотаатзатрапн ПНА 1 на яе аснове: прапанаваны новыя спектраскатчныя метады, знойдзсны "маттчныя" палярызацыйна-геаметрычныя умовы у рззананснай спектраскапц рассейвання святла, установлены заканамернасш 1 выяулены новыя асаблшасщ праяулення нелшейнай фотаашзатрапн у растворах складаных малекул, прадсказаны шэраг новых эфектау, зроблены ябагульненш на выпадак узбуджэння асяроддзя палярызацыйна некагерэнтным выпрамсньваннем, зроблена 11 вьшаходствау.

Ключавыя палажэнш тэорьц пацверджаны экеперыментальна.

Дадзеная работа адносщца да фундаментальных даследванняу. Атрыманыя вынш прыстасаваны да рашэння самага шырокага спектра задач як у рамках нелшейнай оптьш I спектраскапп, квантавай электронно ] }пзш шфармацыйных працэсау, так 1 у сумежных галшах, напрыклад, тыстанцыйнай дыягностыцы рэчыва, а таксама у навучальным працэсе.

Abstract Gancheryonok Igor Ivanovich Nonlinear Photoanisotropy of Isotropic Resonant Media and Its Spectroscopic Applications

Key words: nonlinear susceptibility, light-induced anisotropy, birefringence and dichroism, nonlinear spectroscopy, ellipsometry, polarization, depolarization, dye laser.

Subject of research. Light-induced anisotropy in initially isotropic (polarization inhomogeneous) media (PIM) (model systems, solutions of polyatomic molecules), its applications in nonlinear optics, spectroscopy and quantum electronics.

Purpose of work. Complex and systematic study of nonlinear photoanisotropy in PIM, its manifestations in the characteristics of secondary stimulated radiation and elaboration of novel polarization sensitive methodics, nonlinear optical measurement techniques and methods of control by the coherent electromagnetic radiation parameters.

Methods of research and equipment. Theoretical studies of a nonlinear medium response on the basis of density matrix equations, rate equations approximation, operator approach to the description of propagation problem in PIM and reflection from such media, Fedorov's formalism of light beam tensor; advanced technique of nonlinear polarization sensitive spectroscopy.

Results obtained and its novelty. The theory of nonlinear photoanisotropy has been developed and on its basis: novel nonlinear spectroscopic techniques have been suggested; "magic" polarization-geometry conditions in spectroscopy of resonant light scattering have been found; regularities have been clarified and new peculiarities of nonlinear photoanisotropy manifestation in complex molecules solutions have been discovered; several new effects have been predicted, some generalizations have been made on the case of excitation by polarization incoherent radiation; 11 inventions have been created.

The key theoretical statements have been experimentally verified.

This work belongs to the fundamental research. The results obtained can be applied to solving a number of problems in the framework of nonlinear optics and spectroscopy, quantum electronics and physics of information processes as well as in neighbouring fields, e.g., distance diagnostics of matter, and in teaching process too.

Г'анчеренок Игорь Иванович Нелинейная фотоанизотропия изотропных резонансных сред

и нк спектроскопические приложения

Подписано к печати 8, 0{. 1997г. Формат 60x90 1/16 Тип бумаги - типографская. Печать офсетная. Печ. л. 2,3

Уч. гад. л. ¿,5. Тираж 100 экз. Заказ % . Беспла тно

Институт физики им. Б.И.Степанова АН Беларуси 220072 Минск, Пр. Ф.Скорины 70.

Отпечатано на ризографе Института физики им. Б.И.Степанова АН Беларуси

Лицензия ЛВ №685 от 23.12.1993