Ориентационные, гидродинамические, светогидродинамические эффекты в жидких кристаллах и индуцированные ими оптические нелинейности тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.21 ВАК РФ

ЕРЕВАНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ'

На правах рукописи

АКОПЯН РАФИК СЕРЕЖАЕВИЧ

УДК 53й.7е3

риентационные, гидродлнамические, свет'опщродинамическж эффекты в жидких кристаллах и индуцированные ИМИ оптические нелинейности

(01.01.21 - лазерная физика)

АВТОРБФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени доктора физико-математических наук

Ереван - 1935

Работа выложена на кафедре оптики' Ереванского государственного университете.

Официальные оппонента:

1. Доктор физико-математических наук, профессор Меликян Армен Овикоеич

2. Доктор физико-математических наук Бздалян Давид Айрапетович

3. Доктор физико-математических наук Сухов Андрей Владимирович

Ведущая организация:

Институт Оптико-Физических измерений НАН РА.

Заетта состоится 1Э55г

в ---- часов на заседании специализированного

совета К 055.01.11 в НПО "Лазерная техника" (375090, Ереван, ул. Шопрона, 81).

С диссертацией моано ознакомиться в библиотеке Ереванского государственного университета.

Автореферат разослан 1ээбг

Ученый секретарь епнщшшБировзнксго совета, доктор физ.-мат. наук

Г.Г. Ал:>н1

i. общая характеристика работы

Актуальность проблемы,

В настоящее время общеизвестно, что жидкие кристаллы (ЖК) >бладают большой чувствительностью к таким внешним воздействиям, ;акими являются статические электричкою и магнитные, ь такы» :веток1э ¡ш. механические колебания, тепловые и гидродинамические готоки и др. Это обстоятельство делает очень перспективным [римэнение ЖК в электронике, кибернетике, медицине и в различных властях экспериментальной физики, химии и биологии. Вместе с швлением электронных приборов с жидкокристаллическими табло и ^ферблатами (часы, калькуляторы, электронные словари-переводчики, лоские телевизионные экраны и т.д.) наступил ренессанс в физика и имии ЖК. Мы, по-видалому, являемся свидетелями революции б технике тображения информации, которая совершается благодаря ЮС и подобна ой, которая произошла в электронике с появлением полупроводниковых нтегральних микросхем. Кроме того, ЖК являются прекрасной моделью ля исследования различных физических к химических процессов, а аюке биологических систем.

Благодаря успехам экспериментальных, творети«оских л рикладных исследований в области гидродинамики и кустогидродинамики стало возможным создание качественно новой эхники для неразрушающего контроля материалов . и изделий, эдицинской диагностики, сейсмических исследований и изучения ярового океана, преобразования и передачи информации, вдродинамические и вкустогидродинамические метода даят возможность элучить наиболее полные и разносторонние сведения о свойствах, и гроении Ж, а также о кинетике молекулярных процессов. По данным адродинвмических и акустогидро динамических измерений в ВК можно 1ределить энергию взаимодействия молекул, проверить предположения тех или иных стр.. :<турных моделях, найти сжимаемость, отношение нзлоэмкоетей, коэффициенты вязкости Мэсовича и Лесли, времена

1л8ксйц.тч и т.п.

Интересные особенности проявляются при изучении ориектацконных »устойчивостей директора Ш по отношению к гидродинамическим или »нвективным течениям . Главная особенность - это то, «то пороги |устойчивоствй сказываются очень . низкими. Например, пороговое 1пряжеш:е для возникновения доменов Канустина-Вильямса при. [ектрогидродшюмической неустойчивости обычно составляет насколько

вольт и не зависит от толщины образца.' А неустойчивости типа Рэлея-Бешра директора Ш при нагревании слоя снизу появляются при перепада томперэтуру ~1°0.

Исследования последних пятнадцати лет показали, что Ж являются очень чувствительными также по отношению электрического поля лазерного излучения. Существуют две основные причины актугиъносгл.исследования взаимодействия лазерного излучения с Ж.

Во-первых, выяснено, что жидкокристаллические мезофазы, в первую очередь нематическая, обладают рядом механизмов оптической кубической нелинейности, приводящих к чрезвычайно высоким значениям эфЗбктивнкх вссприимчиьостей третьего порядка, на шесть - десять порядков превышающих таковые для -традиционных нелинейностай изотропных кидкостеГ..

Во-вторых, сказалось весьма перспективным привлечение пелинбйно-оггпгчеоких методов к исследованию фундаментальных свойств зомих жадко;фисталличоских мезофаз - таких,' как симметрия молекулярного упорядочения, вяэкоупругиа свойства, процессы тешго-и кассообмзна я многие другие..

Таким образом, получение новой информации о свойствах ЖК на основе исследований ориентационных . гидродинамических и свчтогидрсдинамйчется характеристик и теоретическое исследование возможностей оптических, в том числе .нелинейно-оптических, методов в этой области науки является актуальной задачей. Актуальность исследуемого направления обусловлена' также тем, что часть предсказанных явлений уже сегодня могут иметь практическое применение. ' .

Цэль работы. Целью диссертационной работы являлось предсказание и исследование новых ориентацонных, гидродинамических я оветсгидроданамических явлений в ЖК, а также связанных с ними новых механизмов кубических ориентационшх ' оптических нелин&йноствй.

Научная новизна работы определяется результатами впервые выполненного комплекса теоретических исследований, в которых быт раг.рсОотыш разнообразные методы получения и решения, .уравнений ¿¡видашя длч директора ЖК :и предсказаны новые ориентацконнчв 'и сьстогидрояикамическио эффекты в.ЖК, а также сильные ориектационниэ оптические нелинейности. '

Яолучонше сведения позволили сформулировать ноьне области прямочония И в нелинейной оптике « лазерной физике.

Научно-практическая значимость работа. Про доказанные р диссертационной работе ориентационние, ориептецисгпю-гидродинамическиэ. термомэханические, аиустогидродинамичелаш м сватогидродшшмичвские эффекты (часть из них обларуквнг. ■экспериментально при непосредственном участии ВЕтора диссертации) могут быть применены как с цель» яэучошхл фазчосаш* свойств *кг ¡гас п для создания сверхчувствительных датчиков и .г.гриеюшксв сейсшческих колебаний, воздушных потоков, изменения температуры. инфракрасного излучения, длл визуализации слзбнх акустических полей.

Предсказанные и исследованные в настоящей диссертации ориентаииошю-гидродияамические тепловые оптические нелинейности шдких кристаллов позволят реализовать и изучить широкий спектр нелинейно-оптических явлений. при чрезвычайно низких 'мощностях, взаимодейстзуюцих световых волн „ и создать тонкослойные малоэнергоемкие устройства управления лазерным излучением. Кроме того, на основе ориентащюгаюго механизма налкнойнссти могут сытя созданы различные нелинейно-оптические устройства, такие кек оптические переключатели, бистабилыше эломенты, даяашчеасне голографические корректоры, устройства обращения волнового фроьта, имеющие чрэзвнчайко низкие мощности срабатывания, что весьма ценно в задачах оптической связи, обработют информации и лазерной технологии.

Основные положения, выиооныыо на засыпу.

1. Обобщение теоремы Нетер для распределения директора гадких кристаллов. Получение уравнений- двиашняя из законов сохранения. Предсказание новых ориентационных ноустойчивостей, бистабильностзй, гистерезисных и скачкообразных явлений в присутствие таких внешних влияний, кок статические электрические и магнитные поля, шаг холестерической спирали хиралышх добавок, гравитационное поле и т.д.

2. Феноменологическое построение диссипатявнсй функции, описывающей термомеханические аффекты в дефор:лкровашш нематических жидких кристаллах (НЖК). Предсказание новых тармсмехэничэских эффектов, специфически связанных с неоднородностью распределения директора ЖК. Среди них: а) возникновение гидродинамических • потоков за счет градиента температуры, б) возникновение перепада температуры в неоднородном потоке, в) дополнительное отклонение директора под действием потока

т6ш1я.

3. Доказательство возрастания ориентационных' оптических нелгаейностей по закону Юори-Вейса при приближении к порогам ориентационных неустойчивостей кузттовского, пуазейлева течений, течения по наклонной плоскости, бесполевого перехода Фредврикса, в поле акустической волны и др. .

4. Феноменологическое построение диссипативной функции, опись'взгсцой ориэнтациошю-гидродинамические движения в ЖК. Предсказание эффектов светогидродинамической переориентации директора ЖК и обусловленных ими новых механизмов сильных ориектационно-тепловых гидродинамических оптических нелинейностей. Среда них гравитационный механизм Рэлея-Бенара, термокапиллярный механизм Марангони и механизм прямого объемного расширения.

5. Предсказала возможности возбувдения регулярных конвективных движений в жидкостях и в ЖК пространственно-периодической акустической волной.

6. Рассмотрение нелинейного резонатора Фабри-Иеро на основе светоиндуцированного перехода вредерикса как стабилизатора мощности падающего на резонатор излучения и как практически возможной схемы уменьшения порога указанного перехода.

7. Вычисление обратного влияния гидродинамических движений, вознгссавдих при пэреориентации директора НЖК, на установление ориентационной оптической нелинейности.

Апробация работы я публикации. Основные результаты диссертации докладывались на следуодих конференциях: Всесоюзное научно-техническое совещание по взаимодействию лазерного излучения с жидкими кристаллами (Дилюкан, 1978), X, XI и XV международные, конференции по когерентной и нелинейной оптике (Киев, 1980, Ереван, 1982, Санкт-Петербург, 1995), V и XV международные конферэнции по жидким кристаллам (Одесса, 1983 и Будапешт, 1934), V Всесоюзная конференция "Жидкие кристаллы и их практическое использование" (Иваново,, 1985), XIII международная конференция по жидким кристаллам (Канаде, 1990), VIII. Всесоюзная. -конференция по взаимодействию оптического, излучения с веществом (Ленинград. 1990), мевдуйародаае конференции "Лазэры-ЭЗ" (США, 1ЭЭЗ), ."Лазеры-94" (США, 1994) 'И иЛазеры-95") (США, , Í995), V мездународная тематическая конференция по оптике „жидких кристаллов (Венгрия, 1993), Европейская конференция по лазерам и электрооптике (Амстердам, 1994), в также на • научных семинарах ФИ АН России,

Института Кристаллографии АН России, Института Физики АН Украины, Института Проблем Механики АН России и др. .

Основные результаты диссертации опубликованы в 35 работах, перечень которых приведен в конце автореферата, а также в тезисах докладов указанных выше конференций. Полный список печатных раоот с участием автора включает болзе чом 55 наименований. Материйm дассортации основаны на теоретических работах, шполненшх на кафедре оптики ЕГУ.

Структура и объем работы. Диссертация изложена на 316 страницах основного машинописного текста (включая 47 рисунков ), состоит из введения, пяти глав, трех, приложений и заключения. Имеется список литературы, включающий 240 наименований цитированиях литературных источников.

Личный вкдлд автора. Ознакомившись со списком опуоликозанззшг работ, можно убедиться, что основная^ часть результатов получен« автором. Автору принадлежит выбор научного направления, постановка и решение конкретных задач, получение основных результатов и их интерпретация. Соавторы Ю.С. Чилингарян, Б.Я. Зельдович, Н.В. Табирян и Т. Тчуди принимали участие при формировании некоторых задач. Ю.С. Чилингарян, Р.Б. Алавердян, В.Э. Дрноян, A.C. Вьрданян и В.В. Саакял провели экспериментальные исследования предсказпншх явлений. B.C. Овсепян, С.Р. Нерсисян и Г.Р. Хосровян участвовали при программировании и расчете задач на компьютере.

II. краткой содержание работы

ВВЕДЕНИЕ.

Здесь дается общая характеристика диссертационной работы, актуальность исследуемой проблемы и ее научная новизна, сформулированы цель, научно-практическая значимость работы и основные положения, выносимые на защиту. Приведен также краткий обзор основных результатов, близких к теме диссертации.

ГЛАВА I. ПЕРЕОРИЕНТАЦИЯ ДИРЕКТОРА ЗВДКОГО КРИСТАЛЛА ПОД ВЛИЯНИЕМ РЯДА ВНЕШНИХ НЕСВЕТОВЫХ ОАКТОРОВ.

Глава I написана по результатам работ CI-51- • В ней излагаются результаты по исследованию ориентационных и термомеханичоских эффектов в ЖК в присутствие несветовых влияний.

Во введении к главе I приводится обзор работ предшедствуидих результатам диссертации, и сформулирован круг задач, подлежащих к решению'в Глзве I.

В §1,1 излагается вариационный принцип и уравнения Эйлера-,Яагрянка-Рэлея для функционала плотности свободной энергии ЯК, находящегося в статических полях . Этот подход является основой для решения различных задач ориентационной динамики нематиков, исследуемой далее в диссертации.

В §1.2 приводится обобщение теоремы Нетер для Ж. Рассматривается вывод уравнений равновесия деформированного. состояния КК из вариационного пришила. Инвариантность вида свободной энергии относительно трансляций по теореме Нетер приводит к сохранению потока импульса, а относительно группы вращений - к сохранению потока момента количества движения. В одноконстантном приближении отдельно сохраняются "спиновый" и "орбитальный" моменты. Полученные законы, сохранения применены для нахождения аналитических решений ряда задач о равновесии 2НК с существенно иегоюским распределением директора: холестерин (ХКК) в продольном магнитном поле н с гомеотропной ориентацией на стенках, планарно-гомеотролная ХЮ-ячейка, ячейка с закрученным нематиком.

§1.3 посвящен теоретическому исследованию неустойчивости, бистабилыюсти и процессов скачкообразного поведения ориентации НЖК при дневном изменении таких внешних параметров, как величина и направление внешних квазистатических полей, константы ЖК (упругие постоянные Франка, анизотропия диэлектрической проницаемости и т.д.), состряние исходной невозмущенной ориентации директора, толщина ячейку, концентрация хиралькых добавок, температура среды и т.д. Рассмотрение этих процессов с точки зрения поведения свободной энергии ЯК позволило получить конкретные результаты для задач, упомянутых в §1.2, лучше понять качественные картины устойчивых состояний , деформации директора ЖК. . Приведенный . подход дает возможность также предсказать новые явления .скачков и, гистерезисов й поведении переориентации директора при изменении параметров внешних влияний. Важно, что с помощью стабилизирующих влияний можно управлять шириной гистерезиса, а в случае отсутствия гистерезиса даже индуцировать его. Проведенное, рассмотрение и численные оценки позволяют надеятся на обнаружение предсказанных скачков и гистерезисов. Исследование этих аффектов, на наш взгляд, должно дать новую важную информацию о молекулярной динамике мезофазы ЖК.

В §1.4 теоретически рассмотрена возможность возбувд&ния гидродинамических течений и, как следствие, переориентации директора НЖК под действием сдвиговых напряжений, передающихся воздушного потока через свободную границу НЖК. Расчет дает сдвиг фазн зондирующей световой волны порядка I рад для слоя ШК толщиной 100 мкм при градиента скорости ^"'¡""Ч с-' ь ъоздухн. ^.-"н дярс:;гср НЗЯС ::с:;сД11й ориънтироьан перпендикулярно направлениям воздушного потока и ого градиента, то имеет место пороговая переориентация.

Обсуждается тавдзе другой механизм переориентации: директор возмущается так, чтобы давление неоднородной ориентации директора скомпенсироваяось ветровым давлением.

§1.5 посвящен исследованию переориентации директора ШК в ячейке Хеле-Шоу. Ячейка Хела-Шоу представляет собой две 'шюскопараллельше горизонтальные стеклянные пластинки. на пг-гкяей части находится вязкая жидкость (в «нашем случае - Ж, сверху соприкасающаяся с менее вязкой живостью или тагом. В отлячио от задачи, рассмотренной в предыдущем параграфе, здесь течэшьэ воздуха и ЖК взаимосвязаны, т.ч. существует обратный аффект влакния воздуха на ЖК. Следует указать также на некоторые особенности и ограничения в случае решения подобных задач. Во-первых, мы считаем, что. ориентация директора внутри ячейки является однородной в равновесном состоят®. Как известно, угол ориентации директора на свободной поверхности может быть разным для 'различных НЖК. Так, например, для ПАА директор стремится оризнтиршэтьоя почти параллельно, а для МББА ориентация дироктора, как известно, почте перпендикулярна свободной поверхности. Если директор не ориентирован параллельно свободной поверхности, то переориентация директора может иметь место в ячейке даже при устойчивом состоянии. Здесь мы пренебрегли также возмоззюстью существования поверхноитныл дисклинаций. Во-вторых, ми считали, что толщина ячейки является постоянной. Однако, несмотря на эти ограничения, проведенное вше рассмотрение на наш взгляд, является очонь полезной для изучении динамики ЖК и создания на этой основе высокочувсгып-ельны*. детекторов воздушных потоков.

В §1.6 для нематических ЖК обсуждается ряд ковых термомеханйческих эффектов, специфически свя&анннх о неоднородностью распределения директора. Среди них 1) возникновение гидродинамических потоков за счэт градиента температуры, ?,) возникновение перепада температуры в неоднородном потоке я 3)

дополнительное отклонение директора под действием потока тепла.

Свойства инвариантности уравнений динамики НЖК относительно группы вращений не запрещают существование, например, следующих поправок к величинам скорости изменения директора тензора

напряжения о^ и теплового потока q1TH:

°1к =£'и1Т1Йго1:Й1к (1) Ц*(<11)к/(1х1)СйгоШ]к (2)

(3^ =£"(йго«Шг®]Т. (3)

Здесь X - время, й - директор НЖК, Т - температура, -оривнтацдонная вязкость, ау^/ах^ - градиент скорости в потоке, Напомпим, что в нематиках тензор напряжений ^ о™ не обязан быть симметричным.- Все три константы - С, С и 5 - имеют размерность эрг/см'град. Можно сконструировать еще довольно много феноменологических выражений для поправок к ай/а!;, о™ и удовлетворяющих услоеиям пространственной инвариантности и огмсываших интересующие нас термомеханические эффекты. Полная запись всех членов, обусловливающих термомеханические эффекты в деформированных Ж приведена в Приложении II. Здесь же мы" обсудим, к каким экспериментальным следствиям могли бы привести выше указанные слагаемые. В качестве примера одного из перечисленных эффектов рассмотрим ячейку с НЖ, имеющую так называемую гибридную ориентацию. Нормаль к стенкам ячейки мы• выберем вдоль оси з и будем считать, что при 2=0 граничное условие на стеяке задает гомеотропную ориентацию (й(г=0)=е2), а при г=Ь -, пленарную (Й(г=Ю=ех). Пусть внешние источники тепла поддерживают температуру Т=Т0 в сечении 2=0 и температуру Т=Т0+ДТ в сечении z=Ъ. Тогда градиент температуры с1Т/с12~ДТ/Ь, согласно выражению (I), приводит к появлению касательных напряжений с2Х~£'дт/1г. В результате возникает поток жидкости в направлении оси х. Стационарную ввличэну скорости и в этом потоке можно грубо оценить, приравнивая термомеханический и навье-стоксов вклады в о^. Принимая для последнего , где ту - вязкость, получим

ДТ/Ьт}. (4)

?

Если ввости удельный расход жидкости 0 размерности см'/с, 0=к1., то для него из (4) следует оценка

СК'ДТЛ). (5)

Из молекулярных соображений можно оценил- термомехян№*ескя;=

коэффициенты но формуле

е~а(т)Л/Т)1/2 (6)

Для численных оценок мы примем значения коэффициентов вязкости т)~1П, теплопроводности Л~104эрг/см'град, температуру возьмем равной Т~300К, молекулярный размер а-кг'см. Тогда из (6) получим £~10~б эрг/см-град.

Для гибридной ячейки, к стенка.'! которой приложена разность

температур АТ~10К, при толщине Ь~10~3см по формулам И) и (5)

получим скорость потока и.,"10 см/с и расход СИ0 см~/с. При что.ч 1 Л " у-Ъ , а 0 не зависит от Ь. По нашим представлениям, такие значения

потока и скорости легко поддаются экспериментальной регистрации.

Поэтому можно надеяться на обнаружение оосуждаемого

термомехшшческого эффекта дажо при значении константы Р в Н7--И0"

раз меньшом приведенной выше оценки.

ГЛАВА II. ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ ЛАЗЕРНОГО ИЗЛУЧЕНИЯ

С ОРИЕНТАЦЙОННШИ ДВИЖЕНИЯМИ В ВИДЕШХ КРИСТАЛЛАХ.

Глава II написана по результатам работ 16-9]. Во введении приводится постановка задач, а в §2.1 записано выражение для световой части свободной энергии ЖК и описан взриациотшй метод получения уравнений, описывающих взаимодействие лазерного излучения с В §2.2 показс^о, что в планарно ориентированной ячейке о 1ШК келокальность отклика нематика на воздействие светового поля может привести к вращению плоскости поляризации волны. Этот зф{*зкт обусловлен "анизотропией" констант франка К,-К-,,и может проявиться для световых пучков ограниченных поперечных размеров. Показано, что вращение имеет пространственно-неоднородный характер и отлично от нуля только для необыкновенной волны: в~еа(К1-К2)Е2э1пассз2а. Здесь еа=£ц-е1 — анизотропия диэлектрической проницаемости на световой частоте, а - угол падения световой волны.

В §2.3 обсуждается светоиндуцированный переход Фредерикса (СГ№) в поле стоячей световой волны, образующейся двумя противоположно распространяющимся волнами. Показано, что ег порог по суммарной интенсивности мало отличается от порога СПФ,. в поле бегущей волны. Этот результат следует также из довольно простых соображений: возмущения директора о периодом порядка длины волны светового излучения привели бы к возникновению большой энергии упругих искажений ~К1 (2тс/А,)2. Поэтому будут реализовыватся более плавные искажения директора с пространственным масштабом порядка толщины ячейки НЖК и, соответственно, с энергией -К^тс/Ь)2, чтс соответствует усреднению воздействия волн.

В §2.4 теоретически рассмотрен нелинейный резонатор Фабри-Пвро (РФП) на основе СП. . Результаты предыдущего параграфа облегчают рассмотрения резонатора. Здесь показано, что если при малой интенсивности света РФП настроен на максимальное пропускание, то интенсивность внутри резонатора составляет- Р=Р0(1+й)/(1-Н), где Р0 сумма интенсивностей падающих волн. Например, при 11-0.8 суммарнай интенсивность внутри РФП возрастает примерно в 9 раз по сравнению с падающей, а при 11=0.98 - в 100 раз. Рассмотрено поведение РФП в этом состоянии при постепенном повышении входной, интенсивности Р0. При значении Р^еРф-О-Ю/О+Н), (?<5^(%/Ъ)2се^/вьв\/2 -пороговая интенсивность СПФ в поле бегущей волны) достигается порог СПФ в резонаторе. Уже небольшое превышение интенсивности внутри резонатора над Рфр приводит к нарушению условия резонанса, и установится такой сдвиг фазы, при котором интенсивность внутри РФП будет с большой точностью • равна пороговому значению Р^. При этом интенсивность прошедшей волны будет равна РПр=Р1. Этот режим может сорваться лишь тогда, когда даже «в минимуме пропускания РФП интенсивность внутри резонатора будет выше пороговой. Это произойдет при Р0=Р2еРфр(1+Н)/(1-Ю. Таким образом, в большом интервал^ интенсивности падающего света Р0, 10"'2Рфр«Р1<Ро<Р2«10гРфр - интенсивность прошедшего излучения будет с большой точностью стабилизирована на уровне Р^.

В §2.6 исследовано влияние гидродинамического движения на установление ориентационной оптической нелинейности НЖК. Показано, что влиянием "обратного потока", возникающего при переориентации дироктора, в случае прямой ориентационной оптической нелинейности (некоторые авторы называют ее "гигантской" - ГОН) всегда можно

пренебречь, а в случае спф нужно учесть только при мощностях, на порядок превышающих порог СПФ.

глава iii. оршггационная ОПТИЧЕСКАЯ НЕЛИНЕЙНОСТЬ SK ВБЛИЗИ ПОРОГОВ РАЗЛИЧНЫХ НКУСТОЙЧИВОСТЕЙ; крйтшескив явления.

Глава III нчписапз по розультятэм работ £10-19J и посвящена тссротичоокому рассмотрению задач, в которых система с НЖК в присутствие внешних. воздействий оказывается неустойчивой по отношению к однородным в плоскости слоя или пространственно-периодическим возмущениям. Доказано, что если неустойчивым оказывается однородное возмущение, то при приближении к порогу неустойчивости снизу восприимчивость системы по отношению к однородной плоской волне возрастает по закону типа Кюри-Вейса. Если же неустойчивым оказывается пространственно-периодическое возмущенно, то рост по закону Кюри-Веиса испытывает восприимчивость системы лишь по отношению к периодической структуре светонсй интенсивности. Глава III состоит из семи паряграфоь.

Во введении приведена общая постановка задачи.

В §3.1 рассматривается СПФ и связанная с ним оптическая нолинейнссть в смектическом жидком кристалле (СЖК) типа д, находящемся вблизи фазового перехода в СЖК типа С.

В §3.2 обсуждается СПФ в гомеотропной ячейке НЖК с добавлением небольшого количества холестерического жидкого кристалла (ХЖК). Показано, что имеет место критический спад пороговой мощности СПФ при приближении к порогу, так нвзываейого, бесполаього шрьхода Фредерикса (БПФ): РПОр=(8/3)0Рфр, где 0=(%-xD/it - превышение над порогом БПФ по толщине ячейки Е, xHKg-KgJZic/h, Kg.Kß - константы упругости Франка, h - шаг холестерической спирали смеси НЖН+ХЖК а отсутствие воздействия стенок.

Возрастание по закону Кюри-Вейса испытывает также "гигантская" оптическая нелинейность при подходе к порогу БПФ.

§3.3 посвящен рассмотрению кубической оркентннионкой оптической нелинейности вблизи порога электрогидродинамкческой неустойчивости. Показано, что нелинейность и время установления нелинейности (при возмущении периодической структурой енотовой волны) возрастает в раз. Здесь £ - превышение над порогом: S=(V[]0p-V11 )/V^0p, V - напряжение квазистатического электрического поля, Vnop. - его пороговое значение, дри котором возникает

электрогидродинамическая неустойчивость. ,

Есля НЖК поглощает падающий на него свет, то за счет неоднородного нагреве СТ(х) может возникать пространс зекно-нооднорэднэе возмущение статической диэлектрической проницаемости.. 0£1к(х)=(с)511с/аТ)0Т(х). Оно, в свою очередь, приведет последовательно к возмущениям электрического поля, тока,; гидродинамического потока и директора. Такой механизм дает нелинейность того же порядка, что и ГОН, при толщине ячейка-1НО"2см и угле падения света а~30°. Специфическая особенность такого теплового механизма состоит в том, что он работает для волн любого типа поляризации.

В §3.4 приведены основные линеаризованные уравнения для решения задач о> воздействии света на НЖ в присутствие простых' гидродинамических течений. Рассмотрена задача о возникновении, ориентационной неустойчивости течения НЖК по наклонной плоскости. Такая неустойчивость появляется при течении НЖК перпендикулярно к' невозмущенному направлению директора,..и когда вязкие моменты " кручения превышают франковские поддерживающие силы. Критическое значение для потока жидкости 0(см2/сек) оказывается очень малым как в атом, так и в известных случаях пуазейлева и куэттовского течений

0Кр~ ~10""5см2/сек, 1 (7)

Здесь К - средняя константа «ранка, г} - средний коэффициент вязкости Месовича.

В этом параграфе показано также, что беспороговая, переориентация директора НЖК , обусловленная ГОН, в поле плоской однородной волны возрастает по закону типа Кюри-Вейса при приближении снизу к порогам ориентационных неустойчивостей таких гидродинамических течений, как куэттовское, пуазейлево или течение по наклонной плоскости.

В §3.5 рассмотрено возрастание кубической ориентационной оптической нелинейности вблизи порога неустойчивости простых гидродинамических течений относительно пространственно-периодических возмущений. Показано, что возрастание оптической нелинейности имеет место при возбуадении периодической структурой световой интенсивности. Предсказан еще один ориентационно-тепловой механизм нелинейности, обусловленный тем, что свет, поглощаясь, меняет вязкость среды. Изменение вязкости приводит, во-первых, к

прямой переориентации директора из-за изменения соотношения между вязкими моментами сил кручения, в во-ьторых - к изменению новозмущенного профиля скорости. Последнее, а, свою очередь, приводе к изменению максвеллозской переориентации директора. Этот механизм сравнивается с прямим воздействием при L~100 мкм, 9t)/ST'-t¡' 10 и а-45°. Тыловые эффекты оказываются более

зидькымя при маяых L и малых а. .

53.£ посвящен теоретическому и экспериментальному исследованию зозрастакия ориентационкой оптической нелинейности НИК вблизи торсга неустойчивости в поле акустической- волны. Показано также, 1То порог' акустической переориентации директора НХК надает сритичоски при приближении к порогам неустойчивости директора в зрисутствие статических и световых полей. Взаимодействие акустической волны с нжк рассмотрено в приближении Хольфриха.

глава iv. возбужшш" конвективных движений в щцк остях и

звдких кристаллах оветоеьш и акустическими волнами.

Глава IV написана' по результатам работ [20-28] и чосвдана »ассмотрэнию ряда задач о возникновении регулярной принудительной ;опвекции б горизонтальном слое жидкости. находящемся в поле 'якости, при поглощении световой волш с простренственпо-¡ериодическим в плоскости слоя распределением интенсивности, 'ассмотрена переориентация директора JOTt, ■ обусловленная ринудитйлткой теплоЕой конвекцией.

Во пвбдении к этой главе дана постановка задачи.

В §4.1 приведены основные уравнения тепловой конвекции в идаостях и в Hffií в присутствие света.

§4.2 посвящен теоретическому исследованию возможности озбузденин в горизонтальном слое жидкости регулярных конвективных вижений лазерным излучением с пространственно-периодической груктурой интенсивности. Эффект имеет место в поле тяжести и Зусловлен температурной зависимостью плотности жидкости. В зластях, где интенсивность лазерного излучения больше, жидкость агрс-вгются за счет поглощения света. В а тих областях плотность адкости меньше, поэтому она поднимается вЕерх. В областях же с зньшей интенсивностью жидкость опускается вниз. Таким образом, "¡разуется регулярная картина конвективных ячеек. Этот эавитациошшй механизм Рэлед-Бенара имеет место в горизонтальном

слое жидкости как с одной свободной, так и с двумя жесткими границами.

Показано, чтс с помощью двух или нескольких световых 'олн в горизонтальном слое жидкости можно возбудить регулярные устойчивые конвективные движения. При ("4 - разность волновых векторов

падающих волн, Ь - толщине ячейки) отклик системы - амплитуда а-компоте нтн . (ось г направлена перлэндикулярно к стенкам ячейки, т.е. вертикально вверх) скорости жидкости меняется по закону vz~l3(ql)2■ (хЬ), где ж (см-1) - коэффициент поглощения. При -

При этом предполагалось зеЬ«1. Отклик системы максимален для фиксированных Ь и зеЬ при qL«'lc, что соответствует периоду интерференционной картины, о хорошей точностью равной удвоенной толщине яч?Яки Л=2Ь, а для фиксированных ч и й. - при г)Ь«8.2. Описанное поведение отклика показывает, что однородная часть тепловыделения, как бы отвечающая случаю 5-0, не дает вклада в конвективное движение.

В 54.3 теоретически рассмотрена задача с возникновении регулярной принудительной конвэкции в слое жидкости с открытой поверхностью при поглощении . световой волны с пространственно-периодическим з плоскости слоя распределением интенсивности, обусловленной температурной зависимостью коэффициенте поверхностного натяжения о. Определены профили скорости и температуры в объеме среды. Показано, что отклик системы на воздействие световой волны максимален, при прочих равных условиях, когда период интерференционной картины интенсивности порядка удвоенной толщины • слоя. Сущность этого термокапиллярного механизма конвекции Марангони может быть понята из следующих рассуждений. Пусть в слоо жидкости со свободной поверхностью лазерным излучением создан поперечный градиент температуры, и более сильно нагретая часть жидкости всплывает на свободную поверхность. Тогда на свободной поверхности появится градиент температуры, и из-за температурной зависимости поверхностного натяжения возникнет

тангенциальная сила Гнаправленная вдоль градиента поверхностного натяжения, т.е. в сторону убивания температуры. Поперечное растекание нагретой жидкости, вызываемое этой силой, привода? к подъему из глубины новых нагретых частей жидкости. Таким образом, будет образовываться конвекция, поддерживаемая лазерным излучением.

В §4.4 рассмотрен гравитационнный механизм Рэлея-Бенярл

возбуждения конвективных движений в горизонтальном слое жидкости с открытой поверхностью при ее поглощении лазерного излучения с пространственно-периодической структурой интенсивности. Из результатов предыдущего параграфа проводится сравнение лвух механизмов и показано, что термокапиллярный механизм Марангони сильнее гравитационного механизме при толщинах слоя Ь<1М, г не

. (8)

Здесь о'=-<№А1Т, Т - температура, р - плотность, g - ускорение силы тяжести, р - коэффициент объемного расширения. Для обычных жидкостей примерно Ь,-1мм.

В §4.5 с учетом экспоненциального закона поглощения (сильные поглощения) света в задачах о в:збуждении конвективных движений п горизонтальном слое жидкости ггространственно-лериодичогкой структурой лазерного излучения показано, что перестройкой таких параметров излучения, как интенсивность, частота к углы паденкг двух интерферирующих волн можно плавно изменять профиль ежошотв гидродинамических регулярных движений.

Таким образом, в §§4.2-4.5 была рассмотрена зяд* »н о возникновении регулярной принудительной конвекции в горизонтальном слое изотропной жидкости, находящемся з поле тяжести при поглощении световой волны с пространственно-периодическим в плоскости слоя распределением интенсивности. Экспериментальное исследование структуры ячеек и полос Бенара проводится обычно при развитии возмущений от хаотических начальных нерегулярностей. Результата анализа показывают, что уже при весьма скромном значении плотности мощности интерферирующих световых волн (порядка 1 Зт/см2 при толщине Ь~0.1 см) создается чрезвычайно сильная (и~0.1см/с) принудительная конвекция. Амплитуда этих конвективных движений заведомо достаточна для того, чтобы навязать системе желаемую структуру начальных возмущений. Подчеркнем, что с помощью севтовкх полей легко создавать начальные возмущения с самой разнообразной структурой - в виде равномерных роликов, роликов о дислокациями, кольцевых роликов, ячеек с квадратной или гексагональной упаковкой - как идеальной, так и с разумными дислокация?®. Возможно также плавное изменение периодов картины принудительной конвекции. Все сказанное делает, на наш взгляд, лазерные пучки чрезвычайно удобным инструментом при изучении конвекции.

Рассмотренный круг вопросов интересен в связи с аналогичной задачей о конвекции в анизотропных жидкостях (см. следующие пункты).

Полученные в настоящем параграфе результаты представляются нам интересными еще-и как один из немкогочисленненных примеров явного аналитического решения задачи о конвекции в ограниченном слое с точтшм учетом реальных граничных условий.

В §4.6 теоретически и экспериментально показано, что при интерференции двух плоских акустических волн в тонком горизонтальном слое жидкости с жесткими границами можно создать пространственно-периодическое распределение радиационного давления. Иод действием этого давления с периодической структурой в жидкости возникают конвективные движения. Оценки показывают, что такое явление позволит визуализировать акустические волны милливаттной мощности.

В §4.7 показана возможность возОуадения конвективных движений в жидкостях со свободной поверхностью пространственно-периодической ■ структурой екустической волны. Важно, что акустическими полями легко создавать начальные возмущения с самой разнообразной структурой. Призедены оценки для других механизмов конвективных движений. Наиболее сильные из них связаны с поглощением жидкостью пространственно-периодической структуры интенсивности акустической волны. Для сравнения различных механизмов приведем численные оценки на примере диффузионного масла, с градиентом коэффициента поверхностного • натяжения по температуре о'--ао/(Ы~10~1 эрг • см-гград~* и с температуре провод- ностью х=10~3 оы2/с. Предсказанный в §4.3 термокапиллярный механизм дает при толщинах ячэйки Ь=0.4 см и интенсивности пучков 10=1 мВт/см2 конвективные движения со скоростью и<10-^ см/с. Скорость конвективных движений, возбуждаемых периодическим радиационным давлением за счет объемного поглощения, как указывалось в §4.6, составляет и~1СГ4 см/с. При тех жо 10 и Ь формула ?;}[=Р]К1,2/Зг) дает значение их^0.014 см/с, совпадающее с экспериментально полученным. Таким образом, обсужденный здесь механизм дает наиболее сильный вклад в конвективное движение в жидкости со свободной поверхностью. Понятно, что посредством подходящего выбора жидкости здесь также мокю получить более сильные движения.

В §4.8 рассмотрена задача о принудительной конвекции в НЖК ячейка со свободными плоскими изотермическими границами. Хотя эти

граничные условия, предложенные Рэлеем, являются в известном смысле искуственными, они позволяют получить простое точное решение краевой задачи, из которого отчетливо видкы наиболее веадше особенности проблемы.

1 /9

При q=q0(Од/с^г вязкие моменты, действующе на директор,

компеноипушт друг яруга, и в результат»» отсутсгоунт »м»п«кяи!"М'?вРР?т,

1

хотя конвекция разгорается. При 4<<40(ад/а£,) отклик системы падает (при н=0* с уменьшением q по линейному закону - ф1~(згГ.)пЛо5-При увеличении я от нуля отклонение возрастает и при Л~0.05ч0 (для МБВА) достигает своего первого максимума.' В точке Яг%(«з/а2>1Л (Для МББА) ф1 меняет знак, т.е. ф меняет фазу

на 1С, и при q~0.бqo его амплитуда, достигает своего второго максимума. Последнее соответствует поперечному . периоду регулярной картины неустойчивости Бенара пр постоянном вертикальном градиенте температуры. При q»0.6q переориентация резко падает о уве.личршпм Ч по закону ф^ЧжЬ^^13.

§4.9 посвящен исследованию возможности возбуждения регулярных кошзективныхь движений в НКК при поглощении им лазерного излучения с пространственно-периодическим распределением интенсивности. Рассмотрена ячейка с двумя жестким границами. Показано, что при вычислении раеггредалеиий скорости и температуры анизотролшми свойства™ можно пренебречь, если нам больше интересует качественная сторона вопроса. При таком предположении уравнение для директора легко интегрируется аналитически. Исследованы НХК' как с пленарной, так и с гомеотропной ориентацией на стенках.

В §4.10 теоретически рассмотрена задача о 'возбуждении конвективных движений в НЖК с одной свободной поверхностью. Исследована конкуренция двух механизмов переориентации молекул ЖК: гравитационного и термокаппллярного.

В §4.11 показана возможность принудительного создания рогуляршх конвективных ■ гидродинамических движений в НЖ под действием радиационного давления акустической волны с периодическим поперечным распределением интенсивности... Механизм возбуждения состоит в следующем. Две интерферирующие звуковые волнн частично поглощаются в Ж. Поглощение акустической волнн с пространственно-периодическим распределением интенсивности приводит к такому ко поперечному распределению рздиаиконного давления, действующего на члетицы ПЖК.. Эти силы вызывают, стационарные конвектязикв' 'дг-ихения жидкости, градиенты скорости которого

приводят к повороту молекул НЖК. В осутствие акустических волн помещенный между скрещенными поляризаторами НЖК непрозрачен для световой волны, нормально паданцей на слой. При переориентации директора ЩК: в слое возникают обыкновенная и необыкновенная световые волны, и, как следствие этого, поле, зрения периодически по пространству просветляется.

В §4.12, благодаря учету возмущения поверхности жидкости в задаче1 о возбуждении регулярных конвективных движений пространственно-периодическим, излучением, теоретически предсказана возможность индуцирования светом . поверхностных термокапиллярных вода. Приведенные результаты аналитических расчетов показывают, что при весьма умеренном значении плотности мощности световых волн (порядка 10 Вт/см2) создаются капиллярные волны с амплитудой, достаточной, с одной стороны, для экспериментальной регистрации, а с другой стороны, для того чтобы "навязать" системе желаемую структуру начальных возмущений. Подчеркнем, что использование• светового ' шля позволяет плавно управлять параметрами термокапиллярных волн. Кроме того, лазерные пучки могут оказаться чрезвычайно удобным" инструментом не только при возбуждении термокапиллярных волн, но и при их регистрации.

ГЛАВА V. ОРИЕНТДЦИОННО-КОНВЕКЦЙОННО-ТЕШЮВАЯ ОПТИЧЕСКАЯ НЕЛИНЕЙНОСТЬ ЖИДКИХ КРИСТАЛЛОВ.

Глава V содержит изложение результатов работ [14,26,29-351. В ней показано, что светоиндуцированные конвективные движения в ЖК, приводящие к переориентации молекул, * обусловливают светогидродинамические (СГД) ориентационные оптические нелинейности. Будут обсуждены три различных механизма СГД нелинейностей: гравитационный механизм Рэлея-Бенара, термокапиллярный механизм (¿арангони и механизм прямого объемного расширения. Несмотря на то, что эти нелинейности оказываются на два-три порядка сильнее известных ориентационных нелинейностей, там не moho) их времена релаксации обусловлены временем ориентационной диффузии и совпадают. Вместе с тем отметим, что СГД нелинейности остаются столь же высокими при малых углах падения, когда чисто рриентационная нелинейность практически отсутствует.

Сущность вопроса в следующем. Сегодня хорошо известно что чувствительность директора ЖК к электрическому полю световой волны

приводит к очень высокой прямой ориентационной оптической нелинейности. Кроме того, в 1983 г. нами было показано, что экстремально слабые поглощения обеспечивают энергию, необходимую для значительной переориентации директора. Проблема заключалась в том, как найти механизмы преобразования . поглощаемой энергии в энергию переориентации директора. Шшв цель в этой главе - найти эти когло механизмы сильных оптических налинейностей. Здесь мн показали, что гчетогидродинамически индуцированные переориентации являются очень специфическими и интересными механизмами отмеченных преобразований.

В §5.1 рассмотрен гравитационный механизм светогидродинамичес-кой -переориентации директора в горизонтальном слое НЖК с двумя жесткими границами при поглощении лазерного излучения о периодической структурой в плоек зги слоя жидкости. Показано, что в мезофазе НЖК вызванные световым излучением конвективные движения (исследовнные в §4.9) приводят к переориентации директора, тем самым модулируя диэлектрическую проницаемость НЖК. А именно, градиент скорости вызывает сильное изменение ориентации директора и меняет показатель преломления световой волны е-типа.

Для сравнения этого нового механизма нелинейности с механизмом прямой переориентации получена формула

дФ;конвекц)..£ , Ь 42 . . геп

ош(прямое) а (1ШИ'

когда цЬ=2.4, хЬ=0.5, где q'~, - период периодической структуры, I -толщина ячейки, % - коэффициент поглощения, а - угол падения двух интерферирующих волн (если периодическая картина получена жнтерференцией двух волн), 6Ф - дополнительный нелинейный набег разы, С - безразмерный параметр НЖК. Для планарной ориентации МВВА ^=2, о для гомеотропной 5=1. Таким образом, при толщинах ячейки 1М00 мкм преобладает конвективный механизм нелинейности (при трочих равных условиях). Кроме того, при малых углах падения 5Ф(прямое) -0 в то время как конвекционная нелинейность.остается :толь жа большой. -

В §5.2, развивая теорию светогидродияамической переориентации ) НЖК с открытой поверхностью, рассматриваются гравитационный и :ермокапилляршй ' механизмы ориентационно-койвекционно-тепловой »птической нелинейности НЖК. На языке нелинейного, набега фаз рюодатся сравнение этих двух. механизмов нелшейноствй с

"гигантским" механизмом. Во-первых надо отметить, что с увеличением толщины ячейки гравитационный механизм увеличивается быстрее термокапиллярного:

Ьк ■ (Ю)

гр ря(Лг

и при, толщинах Ь, больших некоторого критического значения Ь,, гравитационный механизм становится сильнее термокапиллярного. Например, для НЖК МББА при пленарной исходной ориентации 1( =0.37см, а при гомеотропной исходной ориентации 1^=0.28см. Для сравнения тэрмокапиллярного механизма с . прямым ориэнтационным запишем отношение .

®тк ао'уЬсп__I ' ■ /ТТ>

щ (прямое) ■ гт)рсреаашас08а * '

где а - -коэффициент Лесли, т) - коэффициент вязкости Месовича, г -коэффициент температуропроводности при соответствующих, геометриях, р1 - плотность,"Ср - теплоемкость, еа - анизотропия диэлектрической проницаемости,.с - скорость света, п - показатель преломления и а -угол падения световой волны. Подставляя соответствующие параметры для НЖК МББА, получаем Ф,гк/Ф(прямое)~2• 103 при пленарной исходной ориентации и Фтк/Ш (прямое )~Ю4 . при гомеотропной исходной ориентации.

Для сравнения гравитационного механизма : с прямым ориентационным получаем формулу

--<.....1 л2

щпрямое)" 1биг3еаСрТ)гз1п (2а)

(щЖкм* (12)

из которой выясняем, что гравитационный механизм сильнее, например, в случае МББА при 1>Ю0мкм.

В §5.3 рассмотрена задача о тепловой конвекции, возбуждаемой н&одногоднш тепловыделением при поглощении излучения двух интерферирующих волн в присутствие вертикального перепада температуры Т0/Ь. Показано, что как известная ранее сильная, так и Предсказанная нами конвекционно-тепловая ориентационнвя нелинейности возрастают критически по. закону Кюри-Вейса при приближении к порогу конвективной неустойчивости.

§5.4 посвящен третьему механизму светогидроданамической переориентации директора НЖК. Этот механизм прямого объемного расширения заключается в следующем. Поглощение ■ световой волки приводит 1С объемному расширению НЖ, появляется дополите льнов давление, которое приводит к пуазейлевой переориентации директора НЖК. Переориентация молекул обусловливает измененад покпязтсля преломления, пряна арошрииоимънес интенсивности светового излучения, при . распространении через такую среду интенсивность пробного пучка модулируется. Показано, в частности, что с помощью такого свотогидро динамического механизма переориентации молекул ЖК можно реализовать ситуации, когда опто-оптическая модуляция будет возможна на уровне поглощенной энергии излучения Ю~3 Дя/см3.

Важная особенность рассмотренного нами СГД-эффекта состоит в том, что переориентация директс ЖК пропорциональна не просто величине изменения температур», а скорости изменения температуры г.о аромони. Действительно, гидродинамический поток, отеэтстврннчй за всменеше ориентации, возникает только при изменениях температур;;. И отом отношении СГД-эффект аналогичен пироэлектрическому эффекту в кристаллах, где возникающий ток пропорционален временной производной температуры.

В §5.4 также приведены оценки для величины излучения, необходимой для индуцирования дополнительного набега фазы регистрирующего пучка дф ~1. Для ГОК МББЛ (параметры см. в конце §4.9) при 0-0 (нормальное падение регистрирующей волны на слой НЖК) и в случае гомяотрогтной исходной ориентации получим, что для немодулированного излучения. (ш=0> при Р Вт. Для

планпрпой исходной ориентации Д®е=1 при ?0=5-Ш~3 Вт. Таким образом, ситуация для гомеотропно ориентированного НЖ оказывается намного более благоприятной в связи с существенно более сильным сцеплением гидродинамических и ориентационных степеней свободы в этом случае.

В ПРИЛОЖЕНИИ I представлен вывод общего вица диссипятивяий функции одноосного НЖК. С помощью вариационных уравнений получены . основные уравнения гидродинамики НЖК. Такой подход'приводит к тому, что соотношение Пароли получаэтея автоматически, как следствие единой диссшативной функции, состоящей из пяти независимых членов. Найдены неравенства,, которым должны удовлетворять коэффициенты

ЛОСЛИ. '•■''". ...

В ПРИЛОЖЕНИИ II (феноменологически - выведена - диосилэт;тбнля

функция, ответственная за новые термомеханические ' эффекты в деформированных ПЖК. Диссипативная функция состоит из 12 независимых членов, коэффициенты которых подлежат экспериметальному измерению. При решении конкретных частных задач участвуют комбинации трех-четирех коэффициентов. Приведена оценка, порядков величин атих коэффициентов.

В ПРИЛОЖЕНИИ III приведено решение задачи о свмодафракции пары световых волн на тонком слое нелинейной среды. Получены выражения для интенсивностей дифрагированных волн.

В ЗАКЛЮЧЕНИИ сформулированы основные выводы из исследований, представленных в диссертации.

Основные результаты работы.

1. Получено выражение для диссипативной функции, описывающей орибнтационно-гидродинамкческие движения в JKK.

2. Предсказана ориентационная неустойчивость течения ..НЖК по ■ наклонной плоскости.

3. Найдено выражение для диссипативной функции, обусловливающей 'термомеханические эффекты в деформированных ЖК.

4. Предсказаны'новые термомеханические эффекты, специфически связанные с неоднородностью распределения директора КК. Среди них: а) возникновение гидродинамических потоков за счет градиента температуры, б) возникновение перепада температуры в неоднородном потоке, в) дополнительное отклонение директора под действием потока

I тепла.'Даны оценки констант и предложены возможные эксперименты для регистрации аффектов.

В настоящее время обнаружен первый из указанных эффектов, и значение измеренного термомеханического коэффициента согласуется с теоретической оценкой.

■ 5. Из вариационного рринципа и с помощью' теоремы Нетер получены законы сохранения для потока импульса и для момента количества движения ЖК. Полученные• законы сохранения позволяют достаточно просто и аналитически решать ряд задач о равновесии Ж с сущэствекно кеплоским распределением директора. Предсказаны новые неустойчивости, бистабильности, гистерозисные и скачкоообраз;ше |ЯВЛ0М1Я в ЖК- при изменении таких внешних параметров, как напряженности статических электрических и магнитных полей, шаг холпстерической спирали хиральных добавок и т.д.

6. Предсказан новый механизм нелинейной оптической активности, связашшй с неоднородностью упругих деформаций директора я с орионтационжЛ оптической недатейностъю.

7. Рассмотрен нелинейный резонатор Фэбри-Пзро на основа свотсивдуцировениого перехода Фредерик с а как стабилизатор млтш^тт падающего на ряяонетср газртюшя и к*г «рекппэска ьозможн»« уг.ош>и«ния (примерно на два порядка) порога указанного перехода.

8. Вычислено обратное влияние гидродинамических движений, возникающих при переориентации директора НЖК, на установление ориентационной оптической нелинейности. Показано, что это влияние мало практически при всех значениях параметров системы.

9. Показано, что нелинейный отклик директора ЯЯК при воздействии однородной плоской волной возрастает пс отношению к возмущениям, однородным в плоек зти ячейки, по закону нюри-Вгйсл -•близи порогов неустойчивостей куэттовсяого, пуазевлове» а так*» гечпгаш по наклонной плоскости, бесполевого перехода яррд^р/ксч и в ноле акустической волны.

В частности, предсказания относительно возряс, лчия ориентационной нелинейности вблизи порогов БПФ и перзхода в ноле акустической волну подтверждены экспериментально.

10. Рассчитан эффект принудительной конвекции в жидкостях и в ЖК, обусловленный тепловыделением при поглощении лазерного излучения с пространственно-неоднородным распределением интенсивности. рассмотренный эффект позволяет "навязать" жидкости наперед заданную пространственную структуру конвективных ячеи;; рпрвлеиие параметрами этой структуры можно осуществлять измененном гасла интерферирующих световых пучков, кривизны й структуры да галлового фронта.

Предсказан эффект возбуждения регулярных конвективных двиярмий > жидкостях и в ЯК пространственно-периодической .акустичоской юлной. Предсказания относительно изотропных жидкостей подтвержден?; >ксперккентально.

11. Предложены и рассчитаны новые - светагидродкнашяеекие -ехштзмы . кубической оптической нелинейности мезофазн НИК. еханизмы обусловлены переориентацией НЖК гвдродинамичесими отокэми, возникающими при. поглощении лазерного излучения, ветогидродинамические потоки возникают на основе трэх возможных аханизмов: I) гравитационного механизма Рэлвя-Бекарв, 2) эрмокаииллярного механизма Марэнгони и 3> . мехаяигмя прямого

объемного расширения. Предсказанные нелинейности на один-два порядка превышают известную сильную ориентационную нелинейность.

Основные утверждения по первому и третьему механизмам нелинейности подтверждены экспериментально.

12. Рассчитан эффект возрастания восприимчивости нематического ЖК по отношению к пространственно-периодической структуре интенсивности световой волаы при приближении снизу к порогам неустойчивостей относительно периодических в плоскости слоя возмущений. .Рассмотрены случаи электрогидроданамической неустойчивости, конвективной неустойчивости Рэлея-Бенара, неустойчивости куэттовского и пуазейлева течений, а также течения по наклонной плоскости.

Основные результаты диссертации опубликованы в работах:

1. Акошш P.C., Зельдович Б.Я. Законы сохранения и интегрирование уравнений равновесия жидких кристаллов. ЖЭТФ, 1982, т.83, Мб, с.2137-2145.

2. Акопян P.C., Нерсисян-С.Р. Неустойчивости и катастрофы при переориентации директора'жидкого кристалла в квазистатических полях. - 8ЭТФ, 1994, Т.105, *1,-0.129-138.

3. Акопян P.O., Зельдович Б.Я. Воздействие воздушных потоков на ориентацию жидкого кристалла. - Письма в ЖТФ, 1986, т. 12, J6I4, с.858-862.

4. Акопян P.C., •Зельдович Б.Я.. Овсепян B.C. Переориентация директора нематического жидкого кристалла под действием воздушных потоков. - ЖТФ, 1989, т.59, Jell. с.208-211.

&. Акопян P.C., Зельдович Б.Я. Термомеханические эффекты в

деформированных нематиках. - ЖЭТФ, 1984, т. 87, Ш, с. 16601669.

6. Акопян P.C., Табирян Н.В., Чилингарян J0.C. Новый ориентационный механизм нелинейного вращения плоскости поляризации света, - В кн.: Межвузовский сборник научных трудов. Взаимодействие света с жидкими кристаллами. Ереван, 1Э62, часть I, с.180-186.

7. Hakobyan R.S., Tablryan N.V., Zel'dovlch В.Ya. Freederickaz ( transition 1л a nematlc liquid cryatal under the action or

the field of the standing light wave. - Opt-Corcmun., 1983, V.46, Ho.3-4, p.249-252. '

8. Акопян P.C., Зельдович Б.Я., Табирян Н.В. Нелинейный резонатор Фабри-Пвро на основе явления светоиндуцированного перехода Фредерикса. - Письма в ЖТФ, 1983, т.9, №, с.404-467.

9. Акопян P.C., Зельдович Б.Я. Влияние гидродинамического движения на установление ориентационной оптической нелиней -ности жидких кристаллов. - ЖПС, Т983, т.?,9, с .834-637.

10. Акопян p.c., "здьдоьич 5.Я., Табирян Н.В. Светтавдуцированные превращения,вблизи фазовых переходов между жидкскристалличсс -киш модификациями. Кристаллография, 1983, т.28, ifö,

С.973-979.

11. Акопян P.C., Алавердян Р.Б., Саокян В.В., Чилингарян Ю.С. Светоиндуцировзнные структурные превращения в холестеричзоком жидком кристалле, гомеотропно ориентированном поверхностями. - Кристаллография, 1985, т.З , М, с.746-749.

12. Акопян P.C., Зельдович Б.Я., Табирян Н.В. оптика хиралыого жидкого кристалла вдали от брэгговскогс резонанса. - ЯГЭТФ, 1932, Т.83, Ж, с. 1770-1776.

13. Акопян P.C., Алавердян Р.Б., Чилингарян Ю.С. Оптическая анизотропия холестерических жидких кристаллов с гомеотропнсй ориентацией на стенках. - Изв. АН Арм.ССР, физика, 158?. т.?,Т. Ä4, С.228-230.

14. Акопян P.C., Зельдович Б.Я. Переориентация директора жидкого кристалла светом вблизи порога пространственно-периодической конвективной неустойчивости. - ЖЗТФ, 1984, т.86, .*?., с.533-

' 545.

15. Акопян P.C., Зельдович Б.Я. Об устойчивости течения ньматического жидкого кристалла по наклонной плоскости. -Кристаллография, 1Эе4, т. 29, JH, с. 137-143.

16. Chilingaryan Vu.S., Hakopyan R.S., Tabiryan fl.V., Zel'dovich B.Ya. CrieritaUonal optical non-linearity near tlie instability ot nc-matlc liquid crystal flow,over an. inclined plane. - J. Phys. (Ft), 1984,' 7.45, NÖ.3, p. 413-420.

17. Акопян P.C. Ориентационная оптическая нелинейность вблизи куаттовского и пуазейлевского течений нематических жидких кристаллов. - Изв. Ан Арм.ССР, физика, 1934, "т. 19, .82, .

' С.74-80. '-..'■.,

18. Акопян F.С. Критическое .поведение ориентационной оптическсГг нелинейности тематического жидкого, кристалла при его-течении

■ по наклонной птюскости-.; Изв/.АН Арм.ССГ.Г физикаГАЭБ, v.20,

Х>, с.91-^90. ,

19. Акопяк P.C.," Алавврдян Р.р.,_ Чилингарян Ю.С. Ориентационное воздействие света за жидкий кристалл вблизи порога неустойчивости в поле акустической волны. - Письма в ШФ,' 1S8G, T.I2, &Î4, 0.852-862.

20- Акопян P.C., Зельдович Б.Я. Естественная конвекция в

гэдкоптях, обусловленная поглощением лазерного излучения. -ДОМ," IS65, т.U, С.685-688.

21. Акоиян P.fj., Зельдович Б.Я, Термокапиллярный механизм конвекции в жидкостях. обусловленный поглощением пространственно-периодического лазерного излучения. - Изв.

'АН СССР, МЖГ, 1985, Jfö, С.47-Б0.

22. Акопян P.C. 0 возможности плайного изменения параметров конвекции возбуждаемой поглощением световой волны. - Изв. АН Арм.ССР. физика, 1988, т.23, J82, с.95-99. -

23. Акопян P.C., Адавердяк Р.Б., Чилингарян Ю.С. возбуждение . регулярщи коявакуиваых движений в жидкости акустической

., волной. - Исв. АН Арм.ССР, физика, 1987, т.22, Х6, с.335-339.

24. Акопян P.C., Ал&веудян Р.Б., Чилингарян Ю.С. Принудительная ' конвекция, в жидкостях, "обусловленная давлением второго

приближение акустической волны..'- Акуст. Журнал, 1988, т.34, т, с. 33&-337.

25. Акопян P.C., .Зельдович Б.Я., Табирян Н.В. Возбуждение регулярных конвективных движений в жидких кристаллах акустической "волной. - Акуст. Журнал, 1988, т.34, 04, с. 583-587.

26. Акопян P.C., Хссровян Г.Р. Конкуренция меаду гравитационной и кашшярьой силами в жидком кристалле при поглощении световой волны с пространственно-периодической структурой. интенсивности. г ВД>, 1991, т.61, Ш, с.16-22.

27. AKopy^n R.S., Chiling^yan ïu.S. Nematlc Liquid Crystal director reorientation by regular corrective motion, due to the acoustic wave. - Abstracts of the European Conference on lasers and Electro-Optics (CLEO), 28 Äugest-2 September, 1994, Amsterdam, p.34S.

28. ЛкслШ P.C.Дрноян В.Э., Чилингарян Ю.С. Возбуадение капиллярных волн пространственно-периодическим лазерным излучением. - Оптика и спектр., 1993, т.75, в.5, C.I057-T060.

29. Акгпян P.O., Сельдович Б.Я., ТаОиряч Н.В. Олто-оптическвя

модуляция при возбуждении гидродинамических движений в жидком кристалле.- Опт. и сектр., 1988, т.S5,,ХЗ, с.378-581.

30. Акопян' Р.С., Зельдович Б.Я. Ориентациснная оптическап нелинейность жидкого кристалла, обусловленная тепловой конвекцией.- Письма в ЖТФ, 1983, т.9, #Í9, O.I200-I204.

ЗТ. Акопян P.O., Алавердян Р.В., Чилингарян Ю.О. Обречение

волнового фронта при супврлшинесценции жидкокристаллического раствора красителей - Изв. АН СССР, сер. Физическая, 1983, Т.47, JS, с Л640-1642.

32. Акопян Р.С., Зельдович Б.Я., Табирян Н.В. Светогидродинамическая переориентация жидких кристаллов. -ЖГФ, 1993, т.63, XG, C.I25-I36.

33. Akopyan R.S., Tablryan N.V., Tschudi Т. Optically Induced hydrodynamlc reorientation o* liquid crystals and its applications for infrared detection and information storage. Phyn. Rev. E., 1994, v.49, No.4, p.3143-3149.

34. Akopyan R.S. Orientatlonal-Convective Thermal Mechanisms of the Kor.linearity of Liquid Crystal. - Abstracta of the V international topical meeting on optics of Liquid Crystals (October 4-8,1993, Slofok, Hungary), p.48.

35. Акопян P.O., Алавердян P.P., Вартанян А.С., Чилингарян Ю.С. Наблюдение лазерно-индуцировачной гидродинамической переориентации жидких кристаллов, обусловленной прямим объемным расширением.. - Тезисы докладов 1Б-ой международной конференции по КИНО, Санкт-Петербург, 1995, секц. D, с.219.

»«пчиъпрпеизм,, гмрппеишрмимиъ, uhuu¿i"M4mM>uuM<uttui/ ьгьипяюъы ¿ьчтм рзгирьпъьрпд; ьа ъгиъвли UUl»Uí4US O-nSMíUmiib П2Ч5иЗЪП1»ЗПЛ>1ЬР

¿ш'цпрjuib Пш!}фЦ Ubpq.bj|i

Uipbbuj|ununt/»jrub|t bij^uiS Б hbqiul) pjrupbqbbpnii/ С ¿P> juit{bpujjfib tfiunuit^iujpifuib iuiii}byiiLpjuiJfi ¿P-|i mqqnpryfi l^nuJLnpnjuijfili ,

upipmgfili n¿ (luuuijjiii ui<ii}hynif»jnibbbp|i umi{(ujruf»juiijf> ¿P-LbpmJ uipi}bb hiujipb|i m bnp ljniiif1iii|in2Uij|ib uibl)uiji*bmf»jiubbbp|)b gbvíbpJiU i/nip l)nfiJbnpn2<uj|ib ои|1р|>1)ш1)шЬ n¿i)íuijluH|»juilj iJ'bSuiyiIuib hbuipiuilnpnipjuib, |ii{nippnu| U uib|iiin«ppnu| hbrjA-ljbhpii.J ¿тиинХшЦшОД"'' Ь^рпгу^ЬииОДшЦшЪ, шji} f»i|n»ií btuU4 ЦпЬ^Ь^фЩ ¡iup4mifbbp|i munuTbuiufipifuibp:

Ujjuuii^uibgmJ uifшу|{ш( ' bli hbißUjui( ujpijjmb^bbpß.

1- С1и)ЬшЪршу4ш& t \>jnpbp{i |»bnpbiluib bbqml) pjntpb>iU>p)i huiJuip: *niuhu|u.bifiub opfcbgbbpfty uipiu¡ji(iuS bb ¿P-fi Ьии^шишрпиГц, np|i

( bli 'bnp ljiit^if1iflpn2uij|)L uibljiiijntbnij»jiubljbp, -врЦ1|шjiubmpj.utiTibp, . h{iU[»bpLii|iuujjlili U f»n[i¿j¡ujili bpU.mjf>bbp :

?.. £oblinJbbrjn(^Jiwl)uilj &U.nt| ЦшпшуЦЬ! t ¿P-bbpmiX jtbpjnilb|uuib}iljuit{uib bpUmjpbbpc i}|iu¡)u{iuipfiil фЛгЬЦу (itub : UiiiujuirjpiJiijS bnp IB шЬЦш|и

çnp&ujt((iybbpc Ujbipjj С ¿шфЦЬЬ ipnpábp[iy. bb» npn2

рЬр^шШ^шЬ^ЦшЦшЬ bpbiujftbbp; '

3. Uujuij.uijiluiS С, пр ipiuppbp iubl|uijnibni|»jiubbbp|i jbJ^li Jni{ibbuii|iu оццфЦшЦшЬ nj^SiujbntpjntbbbpQ ЦфрмЦ uiäniJ bb:

4. l4üjb¡uui4ibi!iluiS bb bnp, imjuni( |ГшЦш&|[ш( l|nbi|bljip|ii| ¡mpdiuJbbp L iTuiljLpUnt jpuijf>b u[)igH[):

В. ljuib|uuiipbuiluií bb IjnuJbnpnjuijfib ou|tp|iljui(|uib ■ nj^SujjWftjujb bnp |ГЬ{ишЬ|>ц|П|Ьр: ЧршЬу 2шРВт^ bb. C^puj^fiipwyfinb, pbpi/m/uii{uit{u<b и гиццшЦ(> £mk|'b[iuj[iL |ibi).uipluilpluib ЦЬ^шХфщГЬЬрд:

l|.uipujpiluiá hbipuji[nipmf»jiubbbp|i uipr}jiub£bbpji t|iupnri bb о^фил^прЗДЬ! iiib[ibipimi{i c¡.np5niinif-#jiuijp ушбр hi¿n[im|»jujjp |w^bpbbpji o^bm[»jUJi/p |ршррЬр n¿ q.5uij}ib ОкЦф^шЦшЬ bpLnijf>bbpti i^puibyiiuib b. niunulbiuu|tpiiujb, iuji(bpujj|ib 3tuauií}.u¿j{>tíujb Ьии/шр ршрш!{ ршг^шЬрш jfib U t ЪЬр^шцпир

uuippbp|i ' uipbri&Juib, oi}uij|ib hnugbpfi q.bpitq.uijnib iptlfi¿bbpfi, ubjuiljilj ip^li^bbpli, ipuippbp iptipiujpbbph вшпш4шл»|ГшЬ Qbi}mbfi¿bbp{> U шд umpgbp|i ^ршЦшЬы^шЬ huiifuip;