Статистические свойства квазиупруго рассеянного света тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.21 ВАК РФ

МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ имени М.В.ЛОМОНОСОВА ФИЗИЧЕСКИЙ ФАКУЛЬТЕТ

РГ6 од

О И ФЕВ 1В28

На правах рукописи УДК 535.21; 537.226; 548.0; 621.378

ПРУДКОВСКИЙ Павел Андреевич

СТАТИСТИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА КВАЗИУПРУГО РАССЕЯННОГО СВЕТА

01.04.21 - лазерная физика

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук

Москва - 1997 г.

Работа выполнена на кафедре квантовой радиофизики физического факультета Московского государственного университета им. М.В.Ломоносова

Научный руководитель:

доктор физико-математических наук, профессор А.Н.ПЕНИН

Официальные оппоненты:

доктор физико-математических наук, профессор А.В.АНДРЕЕВ, кафедра общей физики и волновых процессов физического факультета МГУ

доктор физико-математических наук, профессор М.В.ФЕДОРОВ, институт общей физики РАН

Ведущая организация:

физический институт РАН

Защита состоится" /2 " мор^с, 1998 г. в /т - на заседании диссертационного совета К 053.05.21 физического факультета МГУ им. М.В.Ломоносова, по адресу: 119899, Москва, ул. Хохлова, 1, Корпус нелинейной оптики

С диссертацией можно ознакомится в научной библиотеке физического факультета МГУ

л

Автореферат разослан " "3 "^^/¿у^

Ученый секретарь диссертационного со: кандидат физико-математических наук

М.С.Полякова

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Диссертационная работа посвящена исследованию статистических свойств та, полученного в результате рассеяния с относительно малым изменением гической частоты. В качестве квазиупругого в работе рассматриваются дующие типы рассеяния: рассеяние на ансамбле независимых частиц, :сеяние на акустических волнах, возбужденных специально приготовленным кгрическим сигналом и рассеяние света в фоторефракгивных средах. Исследование статистических свойств такого света, которое также называют ктроскопией флугауаций интенсивности, представляет интерес по следующим гшнам. С одной стороны, из статистических свойств рассеянного света можно [учить информацию о рассеивающей среде, которую менее удобно было бы [учать другими методами. Этому можно привести немало примеров. Так, -ерферометр интенсивностей Брауна-Твисса удобнее для измерения угловых метров звезд, чем интерферометр Майкельсона. Кроме того, спектроскопия жтуаций интенсивности рассеянного света может в некоторых случаях быть гезнее обычной спектроскопии, так как частотное разрешение любого кгрометра имеет верхнюю границу, тогда как с помощью гетеродинирования можно зарегистрировать сколь угодно малый сдвиг частот. Наконец, иногда псция распределения интенсивности света может иметь сложную форму, формацию о которой просто невозможно получить другими методами, [ример для света лазера, находящегося около порога. С другой стороны, в ультате рассеяния может быть получен свет с необычными статистическими Яствами. Последние годы считается актуальным поиск источников лассического света. Однако ив классической области возможно наблюдение та с любопытными свойствами, как показано в главе 4. Такой свет может 1ти применение в совершенно неожиданных случаях, также как |аметрическое рассеяние в свое время нашло применение в безэталонной хзметрии.

Целью работы, таким образом, можно считать исследование связи статистики сеянного света со свойствами рассеивающей среды; поиск случаев, в которых гистические свойства света несут информацию, которую трудно было бы учить другими способами; и поиск источников света с разнообразными гистическими свойствами.

Актуальность подобных исследований объясняется тем, что несмотря на ее, чем сорокалетнюю историю статистической оптики, в ней еще остались белы. Так, возможности спектроскопии флуктуаций рассеивающих сред с ;совым характером подробно изучены в 60-х и 70-х годах. Однако при этом кгически не рассматривались пространственные корреляционные функции, которых также можно получить некоторую информацию. Кроме того, внигельно новым является использование обратной связи для получения света

с нетривиальными статистическими свойствами.

Современная квантовая оптика постоянно демонстрирует красивые эффекты типа различных "квантовых биений". Однако часто слишком большое значение придается квантовому характеру этих эффектов, тогда как причины наблюдения такой "скрытой интерференции" могут быть чисто классическими (в таких случаях отличие квантового эффекта от классического заключено только в величине видности интерференционной картины). Поэтому наблюдение классических аналогов квантовых эффектов можно считать вполне актуальной задачей. Наконец, несомненно полезным является применение методов статистической оптики для исследования еще не до конца изученных сред, например, таких, как фоторефракгивные.

Практическая ценность диссертации состоит в разработке новых методов статистической оптики для исследования свойств рассеивающих сред и в создании источников света с нестандартными статистическими свойствами.

Научная новизна работы состоит следующем:

- предложен метод получения высоконаправленного яркого источника света с тепловой статистикой, основанный на брэгговской дифракции пучка лазерного света на акустических волнах с гауссовой статистикой;

- экспериментально обнаружена корреляция разнонаправленных мод света, рассеянного в случае двухлучевой накачки на ансамбле независимых частиц или на акустических волнах с гауссовой статистикой. Показано, что в случае большого радиуса корреляции рассеивающей среды этот эффект может использоваться для исследования пространственного коррелятора флукгуаций диэлектрической проницаемости среды;

- экспериментально и теоретически изучен классический эффект "скрытой интерференции" света, дифрагированного на акустических волнах с гауссовой статистикой и большой длиной когерентности;

- экспериментально обнаружен и исследован эффект генерации света с аномально большими флуюуациями интенсивности в цепи электроопгической обратной связи; развита математическая модель, позволяющая объяснить поведение света в петле обратной связи.

- экспериментально обнаружен эффект усиления флукгуаций накачки при фоторефракгивном рассеянии света в танталате и ниобате лития, легированных атомами меди, на частотах порядка сотен герц, который не может быть объяснен в рамках обычной феноменологической теории фоторефракции.

На защиту выносятся следующие положения и выводы из экспериментальных исследований.

1. Обнаружение корреляции интенсивностей противоположно направленных мод света при рассеянии двух встречных накачек в случайно-неоднородной среде. Связь зависимости корреляционной функции интенсивностей света от расстояния

жду лучами накачек с пространственным коррелятором флуктуации электрической проницаемости рассеивающей среды в случае большого [иуса корреляции среды.

2. Наблюдение картины "скрытой интерференции" интенсивностей света, :сеянного на акустических волнах со случайной амплитудой и большой длиной ерентности. Теоретическое обоснование этой картины в случае однолучевой сачки.

3. Обнаружение аномально больших флуюуаций интенсивности света в цепи ¡ктрооптической обратной связи. Развитие теоретической модели, ьясняющей основные закономерности работы электрооптической южительной обратной связи со случайными свойствами. Исследование исимости дисперсии интенсивности света в петле обратной связи от ее ффициента передачи.

4. Обнаружение фогорефрактивного отклика танталата и ниобата лития, •ированных атомами меди, на временах, на пять порядков меньших ссвелловского. Вывод о необходимости модификации общепринятой теории горефракции для объяснения подобных фактов.

Апробация работы. Материалы диссертации докладывались на ждународном семинаре по Квантовым Нелинейным Явлениям в Оптике и зике Конденсированных Сред, Россия, Дубна, 5-8 октября 1993г.; на 15-ой ждународной конференции по Когерентной и Нелинейной Оптике "ICONO', С.-Петербург, 27 июня - 1 июля 1995г.; на Международной конференции _EO/EQEC'96", Германия, Гамбург, 8-13 сентября 1996г; на конференции тодых ученых, посвященной 70-летию Р.В.Хохлова, Россия, Москва, 15 ября 1996г.; и на 15-й Международной конференции по Рамановской гкгроскопии "ICORS'96", USA, Pittsburg, 11-16 августа 1996г. По теме диссертации опубликовано 6 статей и 3 тезисов докладов, список орых приведен в конце реферата.

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, пяти глав, лючения и списка литературы. Объем диссертации 130 страниц, включая [сок литературы и 28 рисунков. Список цитированной литературы содержит I наименований, включая публикации автора по теме диссертации.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ ДИССЕРТАЦИИ

Глава 1. СТАТИСТИЧЕСКАЯ ОПТИКА. ЛИТЕРАТУРНО-ИСТОРИЧЕСКИЙ ОБЗОР

Глава 1 представляет собой обзор основных понятий, методов и результатов статистической оптики. В целях более последовательного описания глава разбита на четыре раздела, которые отчасти отражают историю развития статистической оптики: долазерный этап (к которому преимущественно относятся только эксперименты Брауна и Твисса [1]), спектроскопия флуктуаций гауссовых рассеивающих сред, поиск сред с негауссовым характером и квантовая оптика. Особое внимание уделено одному из основных инструментов статистической оптики - интерферометру интенсивностей Брауна-Твисса, который неоднократно используется при получении оригинальных результатов.

Оригинальные результаты изложены в главах 2-5.

Глава 2. КОРРЕЛЯЦИЯ РАЗНОНАПРАВЛЕННЫХ МОД УПРУГО РАССЕЯННОГО СВЕТА

Глава 2 посвящена экспериментальному исследованию корреляции интенсивностей света, упруго рассеянного случайно-неоднородной средой в случае двухлучевой накачки. Проведение такого исследования является продолжением работы Н.И.Лебедева [2], теоретически предсказавшего корреляцию интенсивностей света, рассеянного в направлениях, связанных с

направлениями накачек четырехволновым синхронизмом + к5г = кР1 + кр2, где кр - волновые вектора накачки, а к8 - рассеянного излучения.

Первый параграф посвящен изложению классической теории упругого рассеяния света. При рассмотрении пространственной корреляционной функции интенсивностей света в случае однолучевой накачки показано, что интенсивности рассеянного света не коррелируют, если угол между направлениями их рассеяния больше угла когерентности, зависящего только от длины световой волны и размеров рассеивающего объема.

Во втором параграфе дано краткое изложение работы Н.И.Лебедева, посвященное нахождению вида пространственной корреляционной функции интенсивностей упруго рассеянного света в случае двухлучевой накачки. Основным результатом данной работы является предсказание корреляционных максимумов в направлениях, определенных четырехволновыми синхронизмами:

^ + к5г =кр1 + кр2

к51-к52=±(кР1-кРг) <!>

Кроме того, здесь же дана физическая интерпретация исследуемого эффекта на примере рассеяния двух противоположно направленных накачек на двух

¡ависимых рассеивающих частацах. Вследствие осевой симметрии геометрии :сеяния флуктуации интенсивностей света, рассеянного в противоположных гравлениях (что соответствует вьшолнению первою из условий синхронизма), званные случайным перемещением рассеивающих частиц, происходят [хронно, что и объясняет корреляцию интенсивностей. Наконец, в третьем параграфе рассмотрено экспериментальное исследование реляции интенсивностей света, упруго рассеянного случайно-неоднородной дой. В качестве рассеивающей среды использовался ансамбль независимых тиц, представляющих собой: а) капельки молока, взвешенные в воде; б) тички канифоли, образующиеся при ее испарении; в) обыкновенная комнатная ль. Во всех трех случаях зарегистрирована корреляция интенсивностей света, ¡сеянного в противоположных направлениях. При нарушении условия ырехволнового синхронизма корреляция исчезает. Наилучшая зависимость >мированной корреляционной функции g2 от угловой расстройки синхронизма толученная при рассеянии на частичках комнатной пыли, показана на рис. 1. ширине корреляционного максимума был определен размер рассеивающего >ема, который в данном случае по порядку величины равен среднему

стоянию между рассеивающими частицами £ = 40 мкм •

2.0-

1.8-"

1.6.

1.4-

1.2

1.0-

I,

Ъ

—I—

25

10

15

20

30

ф, мрад

Рис.1. Экспериментальная зависимость нормированной корреляционной псции интенсивностей света, рассеянного в противоположных направлениях, расстройки синхронизма и ее аппроксимация гауссианой с шириной = 13 мрад.

Глава 3. СТАТИСТИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА СВЕТА, РАССЕЯННОГО АКУСТИЧЕСКИМИ ВОЛНАМИ С ГАУССОВОЙ СТАТИСТИКОЙ

В данной главе экспериментально исследованы пространственные корреляционные функции интенсивности света, рассеянного на бегущих акустических ультразвуковых волнах со случайной амплитудой и длиной когерентности, сравнимой с размерамирассеивающего объема. Свет, полученный в результате такого рассеяния, представляет собой удобный источник излучения с тепловой статистикой. Большая величина радиуса корреляции такой среды позволила наблюдать различные картины скрытой интерференции интенсивности рассеянного света. Наконец, корреляция интенсивностей разнонаправленных мод, рассмотренная в предыдущей главе, в данном случае дала возможность изучения коррелятора флуктуаций диэлектрической проницаемости рассеивающей среды.

В первом параграфе рассмотрен метод приготовления акустических волн с контролируемой статистикой. Для создания таких волн использовался обычный акустооптический модулятор (АОМ), на который подавался узкополосный шум. Источником узкополосного шума служил белый дробовой шум фотодегекгора, освещенного светом лампы накаливания, пропущенный через резонансный усилитель. В итоге амплитуда акустической волны имела гауссову статистику, а ее длина когерентности определялась шириной спектра шума и контролировалась в экспериментах. В результате брэгговской дифракции однолучевой накачки на бегущей акустической волне свет рассеивался в направлении первого дифракционного максимума. Полученный таким образом пучок света имеет тепловую статистику, то есть дисперсия его интенсивности равна среднему значению. Таким образом, дифракция света на акустических волнах с гауссовой статистикой представляет собой более удобный источник излучения с тепловой статистикой, чем ртутная лампа или лазерный свет, пропущенный через вращающийся матовый диск.

Исследованию пространственной корреляционной функции интенсивности такого света посвящены второй и третий параграфы. Форма дифракционного максимума имеет вид единственного максимума (рис. 2а), ширина которого в общем случае зависит как от длины когерентности акустической волны 1со11, так и от размера рассеивающего объема <1. В то же время, в случае сравнимых длины когерентности и размера рассеивающего объема корреляционная функция интенсивности дифрагированного света, как выяснилось, имеет осциллирующую зависимость от угла между двумя направлениями рассеяния с периодом, зависящем только от размера рассеивающего объема (рис.26). Теоретическая модель, развитая во втором параграфе, неплохо описывает картину скрытой интерференции.

:.е

2.0

1.4

1.0

1 .2

1.6

1.8

-1.0 -0.5 0.0 0.5 1.0 1.5

б

-1.0 -0.5 0.0 0.5 1.0 1.5

фмрад

ф,мрад

Рис.2. Экспериментальные и теоретические угловые зависимости •енсивности (а) и ее пространственной нормированной корреляционной псции (б) света, рассеянного на акустических волнах с гауссовой статистикой

Более наглядная картина скрытой интерференции, полученная при есечении двух пучков света с тепловой статистикой, рассмотрена в четвертом 'аграфе. Интенсивность света в области пересечения практически не зависит координаты, тогда как ее корреляционная функция испытывает сильные ;илляции, период которых определяется расстоянием между источниками га, а видносгь достигает од ной трети. Подобный эксперимент уже проводился ее с тепловым светом, полученным путем пропускания лазерного света через щающийся матовый диск [3 ]. В нашем случае он был повторен для теплового га, полученного с помощью дифракции на акустических волнах с гауссовой гистикой.

В пятом параграфе рассмотрена корреляция интенсивносгей противоположно равленных мод рассеянного света в случае двухлучевой накачки, аналогичная реляции, рассмотренной в главе 2. Однако в случае брэгговской дифракции х противоположно направленных накачек на бегущей волне один из Драгированных пучков света является стоксовым, тогда как другой -истоксовым. Поэтому корреляция интенсивностей двух дифрагированных ков света в этом случае представляет собой классический предел корреляции ксовой и антистоксовой компонент света при неупругом рассеянии, доказанной Д.Н.Клышко [4], квантовый случай которой до сих пор

= 1.5 мм; с1/1со~1.7)

экспериментально не зарегистрирован.

Кроме того, такая корреляция предоставляет дополнительные возможности по исследованию свойств рассеивающей среды с большим радиусом корреляции в том случае, когда два противоположно направленных пучка накачки лежат на разных прямых. Зависимость корреляционной функции интенсивностей стоксовой и антистоксовой компонент рассеянного света от расстояния между накачками связана с видом коррелятора флуктуации диэлектрической проницаемости среды, так как интенсивности света, рассеянные двумя рассеивающими объемами, должны коррелировать до тех пор, пока расстояние между рассеивающими объемами меньше радиуса корреляции среды. На рис.3 показана экспериментальная зависимость нормированной корреляционной функции интенсивностей стоксова и антистоксова дифрагированных пучков от расстояния между рассеивающими объемами. При выводе теоретической кривой, показанной на том же графике, был использован экспоненциальный вид коррелятора амплитуды акустической волны, что наиболее точно соответствует лоренцевой функции пропускания резонансного усилителя. Наилучшее соответствие экспериментальным данным наблюдается при 1соН=0.35±0.03мм, что достаточно близко к длине когерентности акустической волны, полученной из ширины полосы пропускания резонансного усилителя 1сД=0.47±0.06мм.

V, мм

Рис.3. Экспериментальная зависимость нормированной корреляционной функции интенсивностей дифрагированных стоксова и антистоксова пучков света от расстояния между пучками накачек и ее теоретическая аппроксимация, учитывающая экспоненциальный вид коррелятора амплитуды акустической волны.

ава 4. СТАТИСТИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА СВЕТА В ЦЕПИ [ЕКТРООПТИЧЕСКОЙ ПОЛОЖИТЕЛЬНОЙ ОБРАТНОЙ СВЯЗИ СО [УЧАЙНЫМ ХАРАКТЕРОМ

Глава 4 посвящена изучению статистических свойств света в цепи жтрооптической обратной связи (ОС), схема которой показана на рис.4, убывающий в течение последних десяти лет интерес к свойствам света в цепи жтрооптической ОС объясняется возможностью подавления в ней квантовых уктуаций света, впервые обнаруженная У.УашошоЮ с сотрудниками [5]. юрдное подавление было достигнуто в работах А.В.Масалова [6], в которых лыкание ОС производилось с помощью фотодетекгора и АОМ. Однако 1залось, что небольшое отличие схемы на рис.4 от схемы ОС Масалова может шести к принципиальным изменениям статистических свойств света в цепи

Рис.4. Схема экспериментальной установки: 1 - лазер; 2 - акустооптический 1улятор; 3 - фотодетектор; 4 - резонансный усилитель. Штриховой линией азана дополнительная засветка.

Качественное описание процессов в цепи ОС, состоящей из АОМ, одетекгора (ФЭУ) и резонансного усилителя, приведено в первом параграфе, анципиальное отличие данной схемы от схемы ОС Масалова заключается в [, что в нашем случае фотодетектор регистрирует только амплитудные 'ктуации света, тогда как в схеме Масалова на фогодетекгоре сигнальный ок света интерферировал с опорным, то есть ФЭУ регистрировал и фазовые 'ктуации излучения. В результате в нашей схеме центральная частота онансного усилителя не является выделенной частотой ОС, что приводит к у, что ОС становится нелинейной. Качественный анализ процессов в цепи , проведенный в рамках классический статистический оптики, показал, что замыкается только благодаря существованию дробового шума фотодетектора, приводит к случайному характеру ОС.

Теоретическое рассмотрение динамики среднего значения интенсивности и ее дисперсии в цепи ОС проведено во втором и третьем параграфах. Все соотношения, полученные в них, базируются на системе уравнений, описывающей связи между интенсивностью света в цепи ОС I(t), фототоком i(t) и электрическим сигналом w(t) на выходе резонансного усилителя:

I(t) = n2Ip|W(t)|2; (2)

w(£1) = K(Q)sK14(Q); (3)

m

Kt)=gF(t-tj)f 0<tj<T; (4)

где Ip - интенсивность лазерного пучка, Г) определяется эффективностью дифракции; w(£2) - спектральная составляющая сигнала w(t), Т - полное время задержки сигнала в опто электронной петле, K(Q) - функция пропускания резонансного усилителя; F(t) - форма одиночного импульса фогодетекгора, t -случайные моменты появления импульсов, а количество импульсов т, появившихся за некоторое время Т, определяется пуассоновской функцией распределения.

При выводе уравнения для среднего значения интенсивности света в цепи был получен параметр С, выражающийся через комбинацию параметров АОМ, ФЭУ и резонансного усилителя, имеющий смысл среднего значения коэффициента передачи цепи ОС и являющийся основным управляющим параметром системы. Далее было получено интегральное уравнение для корреляционной функции интенсивности света, численное решение которого методом последовательных приближений позволило получить зависимость второго нормированного момента интенсивности света в цепи ОС g2 от коэффициента С. Основным результатом развитой теории следует считать объяснение экспериментально наблюдающегося факта возникновения аномально больших флуктуаций интенсивности света в цепи ОС (g2»l), являющегося следствием случайности коэффициента передачи ОС.

Четвертый параграф посвящен описанию экспериментальной установки, позволяющей измерять как коэффициент передачи ОС С, так и второй момент интенсивности света методом Брауна-Твисса. Как экспериментально полученная, так и теоретическая зависимость g2(C) показана на рис.5. На графике видно, что теория качественно верно объясняет наблюдающуюся зависимость дисперсии интенсивности света от коэффициента С.

с

Рис.5. Экспериментальная и теоретическая зависимости второго мированного момента интенсивности света g2 в цепи ОС от коэффициента 1едачи С. Пунктиром дана сплайн-аппроксимация экспериментальных чений.

Наконец, в пятом параграфе рассмотрено модельное интегральное уравнение ;лучайным ядром, позволяющее наглядно описывать процессы в цепи ОС, а же более удобное для нахождения корреляционных функций или моментов енсивности в цепи ОС:

™ = + № + (5)

АО - ширина полосы пропускания резонансного усилителя, Тз - время ержки сигнала в цепи ОС, а £ - белый дробовой шум фогодетекгора. Таким »азом, случайность электрооптической цепи ОС позволяет в рамках [ссической статистической оптики объяснить появление в ней ергруппированного света.

Глава 5. НЕЛИНЕЙНЫЙ ОТКЛИК ТАНТАЛАТА И НИОБАТА ЛИТИЯ ПРИ ФОТОИНДУЦИРОВАННОМ РАССЕЯНИИ СВЕТА И ПАРАМЕТРИЧЕСКОМ РАССЕЯНИИ ГОЛОГРАФИЧЕСКОГО ТИПА

Последняя, пятая глава посвящена применению методов статистической оптики для исследования еще не до конца изученных процессов рассеяния света в фоторефрактивных средах, то есть в средах, показатель преломления которых меняется под действием света. Данное исследование продолжает работы К.Н.Забродина [7] по изучению флуктуаций рассеянного излучения при фотоиндуцированном рассеянии света (ФИРС) и параметрическом рассеянии голографического типа (ПРГТ) в кристаллах ниобата и танталата лития, легированных атомами меди. В результате исследования преобразования флуктуаций накачки при ФИРС и ПРГТ был обнаружен фоторефракгивный отклик этих кристаллов на частотах порядка сотен герц, что не может быть объяснено в рамках общепринятой феноменологической теории фоторефракции.

В первом параграфе дан краткий обзор истории фоторефракции и, в частности, ФИРС и ПРГТ. Фогоиндуцированным рассеянием света называют самосогласованное возрастание амплитуд хаотических топографических решеток в кристалле, освещенном одним пучком накачки, и дифракцию на них. Обычно такой процесс называют "оптическим повреждением" и стремятся избавиться от него, так как оно существенно портит волновой фронт накачки. Амплитуды голографических решеток, рассеивающих свет в направлениях, для которых

выполняется условие фазового синхронизма 2кР = к$1 + к3г, где индексом Р

обозначена накачка, а индексами & - моды рассеянного света, возрастают значительно быстрее, так как на них взаимодействуют друг с другом не две, а три световых моды. Рассеяние света на этих решетках называют ПРГТ, которое выглядит как яркий узкий конус на фоне широкоуглового ФИРС. Сдвиг частот

при таком рассеянии определяется максвелловским временем тт = е0/4тш, где

Е0 - диэлектрическая проницаемость среды, а с - ее проводимость, -единственным временным параметром феноменологической теории фоторефракции, который в ниобате и танталате лития имеет порядок часов или дней.

Во втором параграфе рассмотрен эксперимент, который позволил обнаружить усиление осцилляций интенсивности накачки на частотах порядка сотен герц в процессе ФИРС и ПРГТ, то есть на временах, на пять порядков меньших максвелловского времени, что невозможно объяснить в рамках общепринятой теории фоторефракции. Для экспериментального исследования коэффициента усиления осцилляций интенсивность накачки модулировалась на одной или двух частотах, далее измерялись автокорреляционные функции интенсивности

1чки и рассеянного света. Типичный пример таких автокорреляционных кций показан на рис.ба. На графике явно видно, что глубина модуляции на их частотах для ПРГТ значительно больше, чем для интенсивности накачки, ктр флукгуаций интенсивности определялся как Фурье-преобразование жорреляционной функции (рис.66). Коэффициент усиления флукгуаций на эй-либо частоте модуляции определялся по отношению спектральных понент флукгуаций интенсивности рассеянного света и накачки на этой готе.

Рис.6. Типичный пример автокорреляционной функции Ь(т) (а) и спектра ктуаций 0(1) (б) интенсивности накачки, модулированной на частотах 100Гц ЮГц (1), и света, рассеянного в результате ПРГТ оо-ее типа в 1лТа03:Си (2).

Коэффициент усиления осцилляций интенсивности накачки исследовался функция времени в процессе развития рассеяния ФИРС или ПРГТ в Ю3:Си и в 1лМЮ3:Си в случае модуляции накачки как на одной, так и на с частотах. Полученные зависимости позволили сформулировать следующие оды о фоторефракгивном отклике танталата и ниобата лития: ■ Усиление осцилляций интенсивности накачки при рассеянии в эрефракгивных танталате и ниобате лития уверенно наблюдается на частотах ООГц до 1кГц.

• Эффект усиления осцилляций наблюдается в танталате лития в любых овиях, тогда как в ниобате лития он имеет место лишь в течение амического режима, в котором происходит быстрый рост топографических !еток.

- Усиление осцилляций при ФИРС и ПРГТ свидетельствует о том, что топографические решетки, записанные в кристалле, успевают изменяться вместе с изменениями интенсивности накачки.

- Усиление осцилляций с периодом, много меньшим максвелловского времени среды, свидетельствует о существовании нового, пока что не известного, механизма фогорефракции, обладающего значительно меньшим характерным временем.

- Механизм усиления имеет, по-видимому, стохастическую природу, приводящую к сильным флуктуациям коэффициента усиления, и, возможно, взаимодействию процессов усиления осцилляций на разных частотах.

В третьем параграфе рассмотрены два возможных пути объяснения наблюдаемого эффекта, основанные на учете фоторефракции на свободных электронах в зоне проводимости [8] и на возможности изменения максвелловского времени среды в нестационарных условиях вследствие увеличения концентрации нетермализованных носителей заряда, имеющих значительно большую подвижность [9].

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ

I. При квазиупругом рассеянии двухлучевой накачки наблюдается корреляция гнсивностей света, рассеянного в направлениях, удовлетворяющих условию >1рехволнового синхронизма

к81+к8г =кР[ +кРг.

Зсли радиус корреляции рассеивающей среды больше или сравним с аером рассеивающего объема, то по спаданию этой корреляции при аллельном разведении двух накачек можно судить о виде коррелятора кгуаций диэлектрической проницаемости среды.

I. При брэгговской дифракции пучка лазерного света на акустических развуковых волнах с гауссовой статистикой дифрагированный пучок света уставляет собой высоконаправленный яркий источник света с тепловой 'истикой, выгодно отличающийся от общеизвестных источников света с говой статистикой: ртутной лампы или лазерного света, пропущенного через дающийся матовый диск.

5. При дифракции света на атлетических волнах с гауссовой статистикой и ной когерентности, сравнимой с размером рассеивающего объема, странственная корреляционная функция интенсивности дифрагированного ка света имеет особенности, не наблюдающиеся в профиле интенсивности, (актерный угловой масштаб этих особенностей зависит от размера :еивающего объема, тогда как угловая ширина дифракционного максимума гделяется длиной когерентности звуковых волн. Более наглядная картина >й "скрытой интерференции" наблюдается в поле двух независимых пучков •а с тепловой статистикой.

При замыкании электрооптической обратной связи с помощью эдетекгора и атустооптического модулятора приусловии отсутствия опорного ка накачки на фотодетекторе в петле обратной связи возможно появление •а с аномально большими флукгуациями интенсивности. Причина появления )го света заключается в том, что обратная связь замыкается благодаря ествованию дробового шума фотодетектора, что приводит к случайному ткгеру коэффициента преобразования обратной связи. Полученный таким 13ом свет можно называть классическим супергруппированным светом. 5. При фотоиндуцированном рассеянии света и параметрическом рассеянии )графического типа в фоторефрактивных танталате и ниобате лития, фованных атомами меди, наблюдается усиление осцилляций интенсивности 1чки на частотах порядка сотен герц. Такое усиление свидетельствует о ичии фоторефрактивного отклика на этих частотах, что не может быть тенено в рамках общепринятой теории фоторефракции.

ЛИТЕРАТУРА

[1] R.Hanbury Brown, R.Q.Twiss; Nature, 1956, V.177, №4497, P.27-29

[2] Н.И.Лебедев; Вестник МГУ, сер.З, 1982, Т.23, №5, С.41-43

[3] A.B.Haner, N.R.Isenor; Amer.J.of Phys., 1970, V.38, №6, P.748-750

[4] Д.Н.Клышко; Квантовая электроника, 1977, T.4, №6, C.1341-1350

[5] Y.Yamamoto, N.Imoto, S.Mashida; Phys.Rev.A, 1986, V.33, №5, P.3243-3261

[6] A. VMasalov, A.A.Putilin, M.V.Vasiliev; J.of Mod.Opt., 1994, V41, №10, P.1941-

1953

[7] A.Penin, K.Zabrodin; Proc. of SPIE "Nonlinear Opt.Processes in Solids", 1991,

V.1841, P.266-286

[8] A.L.Smirl, G.C.Valley, R.A.Mullen, K.Bokznert, C.D.Mire, T.F.Boggess;

Opt.Lett., 1987, V.12, №7, P.501-503

[9] А.П.Леванюк, АР.Погосян, Е.М.Уюкин; ДАН, 1981, Т.256, С.60-63

ПУБЛИКАЦИИ АВТОРА

1. С.П.Кулик, А.Н.Пенин, П.А.Прудковский. Корреляция электромагнитных полей в разнонаправленных модах при упругом рассеянии света// ЖЭТФ, -1994, - Т. 106, №4, - С.993-1000.

2. С.П.Кулик, А.Н.Пенин, П.А.Прудковский, М.В.Чехова. Корреляция ингенсивностей при квазиупругом рассеянии света// ЖЭТФ, - 1996, - Т. 110, №5, - С.1712-1726.

3. M.V.Chekhova, S.P.Kulik, A.N.Penin, P.A.Prudkovskii. Intensity interference in Bragg scattering by acoustic waves with thermal statistics// Phys.Rev.A, - 1996, -V54, №6, - P.R4645-R4648.

4. M.V.Chekhova, S.P.Kulik, A.N.Penin, P.A.Prudkovskii. Fourth-order interference of quasi-thermal light beams generated in an acoustic cell// Opt. Comm., - 1996, -V.132, -P.15-18.

5. П.А.Прудковский, О.В.Скугаревский, А.Н.Пенин. Нелинейный отклик фоторефракгивных танталата и ниобата лития на звуковых частотах// ЖЭТФ, - 1997, -Т.112, №.10 - С. 1490-1498

6. П.А.Прудковский, О.В.Скугаревский. Избирательная анизотропная дифракция на шумовых голографических решетках в тангалате лития// Оптика и спектроскопия, - 1997, - Т.82, №3, - С.503-507.

7. A.N.Penin, M.V.Chekhova, S.P.Kulik, P.A.Prudkovskii, Correlation of photons in the scattered light// Proc. of 15-th ICONO'95, Russia, St.-Petersburg, 27 June -1 July 1995, P.269-270; Proc. of SPIE, 1995, V.2799, P. 131-138

8. S.P.Kulik, M.V.Chekhova, A.N.Penin, P.A.Prudkovskii, Fourth-order interference in light scattering by acoustic waves// Proc. of EQEC'96, Germany, Hamburg, 8-13 September 1996, P. 172

9. S.P.Kulik, M.V.Chekhova, A.N.Penin, P.A.Prudkovskii, Interference of intensities in light scattered by thermal phonones// Proc. of ICORS'96, USA, Pittsburg, 11-16 August 1996, V.2, P.95-96