Взаимодействие ИК-излучения с периодическими металлическими поверхностями тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.21 ВАК РФ

шскоескпп ордена денлгд, ордена огакжкоп революция iî ордшд трудового гсрас1гого кш-екн г0с7 дарсгвеннш ушберситет el. у.в.дс?:0;госом

СПЗЯЧЕСКИЯ З.УШЫКТ ЕСс-^здра обтэй ^ззтапс; п eojтових прецоссоз

Нз прзваг рукспига УДл 525.21:539.211

ссгопн mws ¿раратоела

ЕПК rat-ПЗЛУЧЕНШТ С ПЕРИОЛПЧЕШГа Г'ЗХМЛЛЧЕСКЮЯ ПОВЕРХНОСТЕЙ

СпЁЦяелктаоть 01.04.21 - язпзрнэя фгогксэ

а в т о р 3 1} в р л 7

дассзртпцзи пз соясхаягэ учекой степиш гссндздата фзгшсо-иатвиатаческпх наук

Кссква - 1992

Работа Еьшалнано иг кафедра общей ©ззпке в волновых процессов йгзаческого факультета (¿ГУ ны. И.В, Ломоносова.

НаучныЗ ррсоводатель: кандидат (¡азако-ыатеиатпческих наук

КараОутов А. Д.

Официальные оппонента: доктор фззнко-цахенатических наук,

профессор Дмитриев В.Г.

кандидат фазисо-иатекатически! наук, старший научный сотрудник Судьенков а.В. Еедущая организация: Институт спектроскопа РАН

Защата состоится по?/в ё/./иь^ЬЛ 199о2г. в ¡6 часов в конференц-зало 1юрпуса нелинейной оптика ка заседаюаз специализированного Ученого Совета И отдолелпя радиофизика в Московской государственной университете пи. У.В.Ломоносова, пгфр К 053.05.21.

Адрес: 115339, Москва, ГСП, Ленинские горы, УГУ, физический факультет, ученому се:сротар^ еаоцаохазарованного Ученого Совета И отдалвная радпо^зн'К.

С диссертацией цоано ознакомиться в библиотеке фазпческого факультета МГУ.

Автореферат разослан

199 г.

Ученый секретарь

Специализированного Ученого. Совета ' ■ отделения радиоХизики, док^н-г.у^ -

кандвдат фазшео-иатеыати^ф^х нда'

Гоыонова А.П.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ Актуальность теш

Проблемы взаимодействия лазерного излучетия с реальной поверхностью составляют один из быстро развив щихся разделов лазерной физики. Ваягой частью этого раздела является исследование взагшодейств5(я излучения с периодически рифлоныня поверхностями. Интерес к проблеме воз!шк еще в начале вака -в связи с изучегаеи опткчесглг свойств отрЕЕавг^х дифрзкцаонных ресеток.

В 1902 году Р.Буд впервые обпарутчпл аномалии дифракция электромагнитного излучения на поверхности с периодическим рэльефои. При облучении дш^ракизонней решетки пучкоа белого света в непрерывных спектрах различных порядков дифракции наблюдались яркие и теплые полосы. Это явлеютп получило название аномалий Вуда.

Появление лазеров, позволяйся получать иощноэ когерентное излучение, и развитие современной лазерной физики привали к новой волне исследований в области взаимодействия излучения с негладкой поверхностью. Было обнаружено, что резонансное возбуждение поверхностных электромагнитных волн (ПЗВ), происходящее на периодической границе раздела сред в условиях проявления аномалий Вуда, изменяет протекание' различных физических процессов. На поверхности с периодическим рельефом наблюдается аномально высокое поглощение света и подавление зеркального отракения вплоть до полного (ППЗО); происходит аномально быстрый нагрев поверхности.' Увеличение амплитуды локального поля вблизи поверхности приводит к понижению порога оптического пробоя, ускорению фотохимических а фотобиологических

реакций, возрастания сечения нелинейных процессов: обнаруяена генерация гигантской второй гармоники на отракешэ, гигантсг-ое номинационное рассеяние СЕета адсорбированный,! иолекулаии. Пра . оЗлучшск! шэроховаты* поверхностей иощныы лазернш* пзлученг.еи происходит образованно поверхностны! периодическая структур (ГЮС).

Однако, несмотря на обилие теоретических е экспериментальных работ, посвященних аномальной дафрзкцва света, накоториа вопросы оставались кеизучешшш. В частности, экспериыенталыю на исследовалось, как влияет глубина в фор«а рельефа поверхности, утлово2 и частотный спектр излучения но величину резонансного и неразонансного поглощения КК-излучения, угловую зависимость резонансного поглощатш, пространственные характеристика зеркально отраженного пучка. Экспорвыенталышо исследования зтпх аспектов задачи аномальной дифракции лазерного излучения на поверхности с периодическим редьефон позволяют подтвердить уив имеющиеся и развить новые теоретические представлешя о взаимодействии электромагнитных волн с неплосксй поверхностью, показать цмгочасленные возможности практического использования явления аноиялкй Вудз для измерения пвраиетрой лазэрного излучения и с^хучаеыой поверхности.

Целью диссертацаошюй работы является экспериментальное исследование дифракции ИК-пзлученил на периодически рафлокоЗ поверхности ено и в условиях проявления аномалий Вуда.

Конкретные задачи, поставленные п решенные в диссертации, заключаются:

I. в разработке оптико-акустического 1штода измерения поглощенной онергш лаз яркого излучанкл!

2. в исследования влпякия глубины а фср'--ч рельефа, углового п частотного спег.тров излучения на:

- величину резонансного поглкяезгия излучения п .Еэрхностьв в условиях проявления аномалий Вуда;

- величину нерззонаксного поглощения излучения поверхностью шга условна проявления аномалий Вуда;

- угловую зависимость резонансного поглощения;

пространственные характеристика зеркально отрэзгенкого пучка излучения.

Научная новизна:

1. Разработаны новые оптико-вкустичесзжэ кетода измерения энергии лаззрких импульсов и абсолютного поглощения излучения поверхностям;

2. С помощью сптико-акустячзского г я года зарегистрированы аномалия поглощения импульсного ПК-взлучмта дифракционными реззтхвки в условиях резонансного всзбудденил ПЗВ;

3. Экспериментально исследовано влияние глубтш и Фермы рельефя поверхности на величину резонансного п нерезоиансного поглощения излучения;

4. Экспериментально исследовано влияние углового а частотного спектров излучения на углевую зависимость резонансного поглощения излучения дифракционными ресетгсгки;

5. Впервые обнаружена макроскопическая трансформация пространственных характеристик зеркально отраженного пучка в условиях проявления аномалий Вуда;

6. Экспериментально подтверждена аналитическая теория аномальной дифракции световых пучков на поверхности с произвольным рельефом, основанная на выделении резонансных волн.

Практическая ценность вшолнешшх исследований заключается в той, что нредлоЕан I! зксперипенталыю подтвержден ряд воз^о:ашстей практического использования явления аноиалий Вуда нзиарешш параметров лазерного излучения и облучаемой по^грююета, а такке доя эффективного управления лазерным пушом:

1. Пр2ДЛ02£Н истод определения спектра фурье-гар^онпк рельефа поверхности по отклонения углових зависимостей коэффициента поглощани: от фрекалевскях;

2. Предложен катод изигралня углового спектра лазерного излучения по угловой зависимости резонансного поглощения ззлучашя ДЕфракциошм'^и раиаткеш;

3. Предложен изтод измерения частотного спектра излучения по угловой зависимости резонансного поглсще!шя излучения дзйрзкцзогаааш рошэткаип

4. Зарегистрированная цакрсскоаичоская трансформация зеркально отраженного пучка в : ^¿оваях проявления аноиалий Вуда представляет возможность управления пространствекяля х а р а кт е ра с так «) -1 лазерного пучка с поиска дифракционных роаоток;

5. Зарзп:стркровшыое аномально высокое поглоцание излучения в условиях пролила 1Ш я анояалпЗ Вуда открывает возможность эффективного управления погло^ошеы и отраишшеы света с поыощьа рззонансках ПЭВ, позволяет повысить снерговвод излучения в иксгнь;

6. Разработан новый оптико-акустический иатод пзиарения поглоданной анергия лазерного излучения. Созданы сатико-акустпческис ячейки, позволявшие измерять энергия

лазерных кшульсоз в ипрокоч диапазона длин волн (от 0.18 шт до

0.8.«заз. а такта в области \=10.б иш), пнепт/п спектрально независимую чувствительность окаю 10 Р/ят а вирокай динамический диапазон от I ихДг до 10 Ля, работкщю при частота повторения лазер!ых гс¿пульсов до 100 Гц.

Зацищае!л;е пологегкя:

1. Разработанный опппсо-акустпчэсктЛ ызтод язизренгая поглощения излучения поверхностям:! позволяет шредздять абсолютный коэффициент поглощения дифракцаошшх решеток;

2. Величина резонансного поглощения излучения двфрзхстнотяшэ репеткаш в условиях проявления аноизлнЯ Вуда зависит от глубину рельефа поверхности. Розонансноэ поглощенно пренебрегают мало по сравнения с Френелевскпн в случае-рсльефз, "мелкого прл наличии резонансных волн". С ростом глубины Ъ. резонансное поглощение возрастает, достигает иаксииального значения пра оптимальной глубине Ьо03' "глубокого" рельефа и вновь падает с дальнейшим ростом глубины рельефа до "сверхглубокого" вследствие усиливающегося перерассеянпя ПЗВ в радаацношшэ волны ка фурье-гарыоникзх рельефа.

3. Величина нерезонансного поглощения излучения поверхностью с "мелким" рельефом виз условий проявления аноиалий Вуда совпадает с фреколевскии поглощенней плоскоЗ поверхности. С ростом , глубины рельефа до "сверхглубокого" величина нерезонансного поглощения увеличивается. Вклад, в нерезонансное поглощение, ■связанная с наличием "сверхглубокого" рельефа, зависит от ориентации штрихов по ' отношению к вектору электрического поля Е.

4. В общем случае ограниченного по пространству и бесконечного

во вренани пучка излучения угловая зависимость резонансного поглощения определяется сверткой вудовсксго резонанса реаэткн и углового спектра лазерного излучения. Если угловая шрина вудовского резонанса бв иного меньше ширшш углового спектра излучения ле, то фориа пика поглощения повторяет Форму углового спектря лазерного взлуче!шя. Если соотношение ширин обратное, пкк поглощения соответствует вудовскому резонансу реиатки. Угловая шрпка вудовского реяонаиса определяется длиной пробега ПЭВ и увеличивается с ростом глубины рельефа.

5. В обще« случае частотно ограниченного и бесконечного по пространству светового импульса угловая зависимость резонансного поглощения определяется сверткой вудовского резонанса решетки п частотного спектра Езлучензя. Если сирина частотного спектра АЛ иала, то пик поглощения соответствует вудовскоцу резонансу ресатка. Если ыала углов ел гилрмна вудовского резонанса 60 , то дюршэ плка поглощашя соответствует частотному спектру излучензл.

6. В условиях проявления аномалий Вуда неблздается иакроскопическая транс'ораацая пространствскшх характеристик зеркально отраженного , угловой спектр которого щре вудовского резонанса решетки. Трансфориация обусловлена интерференцией эляктрошгнитта волн, о-грагетшх как от плоской поверхности, с волнаиа, пороздошшьл перерассеяние^ ПЭВ в нулевой порядок дифракция.

¿пробацая работа и публикации Результата дассертацпопой работа обсукдзлись в докладывались на Всесоюзной пколе-сешшзрз '©отоакусткчесзшя спектроскопия п ¡лхроскопия (фотоакустичесхпе в териоволношо

явления)" (ДушанСэ, 1989), 8 Всесоюзной конференции по взаимодействию оптического излучения с веществом (Ленинград, 1990), 7 Международной конференции по фотопкустическиы и фототормическим явлениям (Дорвест, Нидерланды, 1991), 14 Международной конференции по когерентной и нелинейной оптике (Санкт-Петербург, 1991), Ломоносовских чтениях в 1939 и 1991 гг., семинаре по лазерной оптоакустике НЛЦ МГ?, семинаре Институте Спектроскопии РАН (Москва), сеиинаре кафедры лазерной физики ЛИТМО (Санкт-Петербург), семинара кафедры ОФяВП МГУ им. М.В.Ломоносова.

Основные результаты диссертации изложены в 14 публикациях, список которых приведен в конце автореферата.

Личный вклад соискателя Результаты, представленные в. диссертации, получены лично соискателем ила в соавторства при его непосредственном участии.

Структура и объем диссертации Диссертация состоит из введения, трех глав, заключения и списка литературы. Содержание диссертации изложено на 164 страницах машинописного текста и иллюстрировано 58 рисунками. Список литературы включает 192 наименования.

СОДЕРЖАНИЕ ДИССЕРТАЦИИ Во введении обоснована актуальность темы диссертации, сформулированы цели работы, показана научная новизна и практическая ценность полученных результатов, кратко излояено содержание диссертации.

Глава I. В главе приведена аналитическая теория дифракции злоктромагнитных волн на поверхности с периодическим рельефом,

разработанная в НВДГЛАН и физической факультете МГУ под руководством проф. Ахманова С.А.. Метод приближенного решения основан на выделении резонансных дифрагированных волн Е^. с большой амплитудой, проекция волнового вехтора которых на плоскость поверхности - кр - такая, что 11^1 » к.

(1.1 посвящен анализу современного состояния теоретических и экспериментальных работ по исследованию аномальной дифракции света на поверхности с периодическим рельефом. Дана историческая справка по экспериментальному обнаружению и теоретическому объяснению явления аномалий Вуда. Рассмотрены различные теоретические подходи к решению задачи дифракции, приводятся методы и результаты экспериментальных исследований. Сформулировано отличие поставленной и решенной в диссертации задачи экспериментального исследования взаимодействия ИК-излучения с периодическими металлическими поверхностями от задач, рассмотренных другими авторами.

В $ 1.2 рассматривается дифракция плоской электромагнитной волны на произвольном периодическом рельефе. Приводятся аналитические выражения для амплитуд дифрагированных волн, коэффициентов поглощения п зеркального отражения, амплитуды локального поля в условиях проявления аномалий Вуда. Выражения получены с учетом произвольной формы рельефа и имеют резонансную зависимость от угла падения О и длины волны излучения X.

В § 1.3 приведены результаты теоретических исследований влияния конечного размера пучка излучения на эффект проявления аномалий Вуда. При построении теории падапций пучок представляется его пространственным фурье-спектром и вычисляется пола дифракция от каждой падакцзй плоской волны. Последующа а

интегрирование по всей пространственный фурьв-коипонентаи приводит к аналитическим выражениям для амплитуд дифрагированных полей при произвольней соотношения цеяду поперечкки размером падающего пучка я0 и длиной пробега ПЗВ вдоль поверхности.

5 Т.4 посвящен теоретический исследованиям особенностей проявления эффекта подавления зеркального страгекпл в случав световых пучков. Показана возисгность «окроскспической трансформации зеркяльно отраженного пучка получения с широким угловим спектром в условиях проявлркия аномалий Вуда.

Глава 2. посвящена разработке сптико-чкустического ивтолп измерения поглощенной энергии лазерного излучения. Такой метод целесообразно использовать при иипудьсноч воздействии излучения на мишень.

В § 2.1 рассматриваются иеханипш оптико-акустического возбуядекия звука. Дан краткий обзор экспериментальные и теоретических работ по исследоввь'иг) возможностей применения термооптического возбуждения г.вука для измерения энергетических параметров лазерного излучения.

5 2.2 посеящйн теоретический исследованиям условий возбуядения звука и методов его регистрации, оптимальных при измерения поглоиенной энергия лазерных импульсов.

В п.2.2.1 приводится теоретическое обоснование 'возможности использования термосптического возбуядения звука для измерения поглощеютой энергии. Решая задачу термооптического возбуждения звука на границе прозрачной и поглощающей сред спектральным методом, получают, что спектр колебательной скорости звукового импульса 7(ш) определяется спектром огибающей лазерного импульса 1(ш) и передаточной функцией среда К(ш). В области частот ш,

низшие по сравнению с 2и/т:л,гдв гд - длительность лазерного импульса, спектр огибащей лазерного импульса практически постоянен и пропорционален поглощенной энергии лазерного излучения. Такая пропорциональность дает возможность измерять поглоцешгув энергии лазерного импульса по низкочастотной составлявшей возбуядаемого в 1шша;ш акустического сигнала.

В п.2.2.2 исследуется вид передаточных фяощий п особенности генэрацян звугл на граница воздух-металл. Делается вывод о тон, что на низких частотах отношение амплитуд спектральных когаонент колебательной скорости в воздухе и металле оиредэлястся отношением акустических импедансов сред в на зависят от частоты. Этот Факт полонен в основу метода калибровка поглощения поверхностей по косвенной генерации звука в воздухе.

В п.2.2.3 рассматривается задача о возбудденпа акустических колебаний в резонаторах цплиндрпческой форми. Приводятся аналитические решения згд^ча дгл двух предельных случаев: колебаний тонких дисков * колебаний дяшшых стерхней . В общем сдучво резонаторов промыгуточноа формы аналитические виражная для амплитуд возбуидае:;' л колебаний получить на удается. Спектр собственных колебаний резонатора промежуточной формы определяется суперпозицией близких по частотам аксиалышх п радиальных иод.

5 ' 3 посвящен экспериментальному исследовании оптико-акустического метода измерения поглощенной лазерной энергии по низкочастотной составлятаей возбуждаемого в шея ни акустического сигнала. Мэтод измерения отработан при создании различит конструкций штпко-акустичвских (0А) ячеек.

позволяющая азкэрать г.кэргш> яазерках Егпульссз. В параграфа рассматривается экспергвгзитальная установка для сссхэдованзя характеристик различных конструкций ОА-ячеек, приводятся изтодпка обработки акустического сигнала.

Разработанные кскстругащп 04-ячееге прэдставляют собсЗ состаянс^ акустический резонатор цаландряческой фор-п. В процесса исследований характеристик ОЛ-ячеек сбнаругога различные - аксиальное п радиальные - поди резонаторов лчзек, пс1«2рек1 величина и апсртурная зависимость чувствительности па различных йодах резонаторов. Подтверждена линейная зависимость аммятудя акустического сигнала от поглодашоЗ лазерной снерггя в гзгрокем динамическом диапазона, достягапцэи 5-тп порядксз. Определена предельная плотность измеряемой энергии для различит конструкцкй ОА-ячеек.

В результате исследований разработал ко-шЗ оятпко-язгустнческ^З иетод измерения погло^зннсй лазерксЗ энергии, созданы различные конструкция ОА-ячеек, позволпе^э измерять онаргшз лазерных игшульсов в гзрокси диапазона длен если (от 0.18 мкм до 0.0 кки. а татаэ э области 7^10.6 цат), шггп^нз спектрально независимую чувствительность сг.соло 40 В/Да я гзрокяй дянаючасгай диапазон ст I мкДз до 10 Дп, рабстакцна ирп частоте повторения лазерных ишульссз до 100 Гц.

Глава 3 посвящена экспериментальному исследовании аномальней дифракции ИИ-азлученпл шшульсного СХ^-лззера па кзтадяаческнх отражательзшх дифракционных регатках.

В 5 3.1 рассматривается экспершгентальзил установка дет измерения погловдняя излучения поверхностями ОА-кэтодса. Изложена иэтодяка измерений, позволягззая исследовать угдозыэ

зависимости поглощения без определения его абсолютной величины. Предложены методы калибровки абсолютного поглощения поверхностей. Метод калибровки поглощения дифракционных решеток основан на аномальном увеличении поглощения S-поляризованного излучения в условиях резонансного возбуждения ПЭВ. Предельная точность метода ограничивается степенью однородности рельефа решетки (т.е. величиной паразитного рассеяния ПЭВ). Калибровка абсолютного поглощения металлических зеркал осуществляется по косвенной генерации звука в воздухе с точностью не хуже IOS.

В { 3.2 приведены результаты тестовых измерений угловых зависимостей поглощения алгышшевого зеркала при Р и S-поляризации излучения. Данные эксперимента совпадают с френелевскима зависимостями поглоще>шя плоской поверхности с точностью не хуже 5Х.

В } 3.3 изложены результаты исследований влияния глубины и формы рельефа поверхности на величину резонансного поглощения металлических дифракционных решеток в условиях проявления аноивлий Вуда. Подтверждено, что резонансное поглощение в случае рельефа, "мелкого при наличии резонансных волн", мало по сравнению с френелевским: аномалии поглощения на таком рельефе но обнаруживаются. В случае рельефз, "глубокого при наличии резонансных волн", резонансное поглощение существенно (до двух порядков) превышает френелевское: в угловых зависимостях поглощения "глубоких" решеток обнаружены сильные пики поглощения (наблюдалось ГГОО), обусловленные возбуждением ПЭВ в различных порядках дифракции. Данные эксперимента совпадают с расчетами, пропедеюшма по приближенной аналитической теории аномальной дифракции, учитывающей форму рельефа поверхности. Подтверждено,

что величина резонансного поглощения "сверхглубоких" решеток вновь уменьшается вследствие усиливающегося с ростом глубины перерассеяния ПЭВ в радиационные волны на фурье-гармониках рельефа.

В $ 3.4 рассматриваются результаты исследований влияния глубины и формы рельефа поверхности на величину нерезонансного поглощения металлических дифракционных решеток вне условий проявления аномалий Вуда. Подтверждено, что нерезонансное поглощение "мелкого" рельефа совпадает с френелевским поглощением плоской поверхности. Предложен метод определения фурье-гармоник "глубокого" рельефа по отклонению угловых зависимостей поглощения от френелевских. Обнаружено, что с ростом глубины рельефа до "сверхглубокого" величина нерезонансного поглощения увеличивается и существенно превышает френелевское поглощение плоской поверхности. Вклад в нерезонансное поглощение, связанный с наличием "сверхглубокого" рельефа, зависит от ориентации штрихов рельефа по отношению к вектору электрического поля Е.

$ 3.5 посвящен экспериментальным исследованиям угловой зависимости резонансного поглощения. Подтверждено, что в общем случае ограниченного по пространству и бесконечного во времени пучка излучения угловая зависимость резонансного поглощения определяется сверткой вудовского резонанса решетки и углового спектра излучения. Исследовано влияние глубины рельефа на угловую ширину вудовского резонанса: с ростом глубины рельефа угловая ширина вудовского резонанса увеличивается. Исследовано влияние углового спектра лазерного излучения на угловую зависимость резонансного поглощения: с ростом пяршш углового

и

спектра угловая ширина пика поглощения увеличивается, а амплитуда падает. Предложен метод измерения углового спектра излучения по угловой зависимости резонансного поглощения дифракционных решеток (т. е. по резонансным поверхностным электромагнитным волнам).

В } 3.6 изложены результаты исследований влияния частотного спектра излучения на угловую зависимость резонансного поглощения. Подтверждено, что в общем случае частотно ограниченного и бесконечного по пространству импульса излучения угловая зависимость резонансного поглощения определяется сверткой вудовского резонанса решетки и частотного спектра нзлучения: изменение линии генерации лазера приводит к изменения углового положения пиков поглощения. По углам резонансного возбуждения ПЭВ ео определены длины волн генерируемых линий. Предложен метод измерений частотного спектра излучения по угловой зависимости резонансного поглощения дифракционных решеток (т.е. по резонансным поверхностным электромагнитным волнам).

& 3.7 посвящен экспериментальным исследованиям впервые зарегистрированной макроскопической, трансформации зеркально отраженного пучка излучения с широким угловым спектром, происходящая в условиях проявления аномалий Вуда. Вид трансформированного пучка зависит от плоскости наблюдения, угла падения, поляризации и ширины углового спектра излучения. На рис. 1а,б представлены фотографии пятка зеркально отраженного пучка с широким угловым спектром в условиях проявления аномалий Вуда при Р (а) и Б (б) поляризациях излучения. Как видно из фотографий, в трансформированном пятне наблюдаются максимумы в

а)

б)

Рис. 1а,б

|:1ПН1П'!м интенсивности в вида неэквядистантного набора темных а светлых полос, орпонтаровашшх п е рп е ндикуллрно направленна распространения ПЗВ. Обнярунвно, что наблюдаемая картана трансформации, обусловленная интерференцией зеркально отрзяешпи волн, п волны, порсяденной пзрерассепняем ПЭВ в нуловоА порядок дифракции, имеет более сложный характер, чем теоретически предсказанное разбиение пучка на два. Последующий учат а теорзи радаусз кривизны пучков позволял ПОЛНОСТЬО описать эксперикезггальнныа результаты. Обнарузезшал трансформация зеркально отрагешюго пучка свидетельствует о возмсзноста управления пространствешшмп характеристиками лазерных пучков.

В заплачена сфориулпровага основные результаты дпссертавдя.

I. Разработан п обоснован новый оптико-акустический метод пзкзренпя поглощенной энергии лазерных шяульсов по низкочастотной составлявшей возбуждаемого акустического сигнала. Созданы оптико-акустическпе ячейки, позволяемо измерять энергсга лазерных хпззульссв в строкой диапазона длин волн (от 0.18 мки до 0.3 акл, а такта в области АЛО.6 икы), шеетяз спектрально

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ

независимую чувствительность около 40 В/Дж и широкий динамический даапазон от I икДк до 10 Ди, работающие при частоте повторения лазерных импульсов до 100 Гц.

2. С помощью оптико-акустического метода исследованы угловые зависимости коэффициента поглощения дифракционных решеток в ИК-области. Обнаружены пики поглощения, обусловленные резонансным возбуждением ПЭВ в различных порядках дифракции. Подтвервдено, что величина резонансного поглощения излучения металлическими поверхностями с периодическим рельефом сильно зависит от глубины п формы рельефа: пренебрежимо налое по сравнению с френелевскиы на рельефа, "мелком при наличии резонансных волн", резонансное поглощение аномально возрастает с ростом Ь, достигает максимального значения на "глубоких" решетках с оптимальной глубиной рельефа ^Ъ^"* и падает с дальнейшим ростом глубины рельефа до "сверхглубокого" вследствие усиливающегося перерассеяния резонансной ПЭВ в радиационные волны на фурье-гармониках рельефа. Показана возможность эффективного управления поглощением и отражением света с помощью резонансных ПЭВ.

3. Подтверждено, что в случае рельефа поверхности, "мелкого" в отсутствие резонансных полей, нерезонансное поглощение излучения металлической поверхностью с периодическим рельефом вне условий проявления аномалий Вуда совпадает с френелевскин поглощением излучения плоской поверхностью. Предложен метод определения фурье-гармоник "глубокого" рельефа поверхности по отклонению угловых зависимостей коэффициента поглощения от френелевских. Обнаружено, что величина нерезонансного поглощения дифракционных решеток возрастает с ростом глубины рельефа. Показано, что вклад

> иерезокагкжоо поглозэние, СЕяэетшй с нэлвчзеи •сверхглубокого" рельефа поверхности, зависит от орпелтэдап ттряхов ресеткз по отнеяпзнпа х взхтору электрического поля В я гакспиалян, когда штртхп перпендикулярны вектору 3, что дает зозиозшость определения прегшут^ествшшоа ортектгдги рельефа юверхноста.

1. Ксследовано влияние глубшш рельефч и углового спектра хазергого излучения на угловую зависимость рззснзнсиого зоглспенил пзлучззия поверхностью с периодически! рельефои. Тодтверздеко, что в общем случае ограниченного по пространству п Зескснэчного во вреиеиа светового пучка угло?,зя зависимость зезонансного поглопекял определяется сверт;га;1 вудовского резонанса ргпвтки п углового спехтрэ лазерного излучения. Тодтверздеко, что угловая пярина вудовского разонанса Полечивается с ростом глубшш рзльефз. Подтверздзно, что ргзрешо углового спектра излучения вызывает падение амплитуда я рвоялонив угловой мттринн пиков поглощения репзткз. Прздяозен ¿зтод пз!ярегая углового спектра излучения по угловой зависимости рэзснаксюто поглощения излучения дифракцаокншЛ рстеткаиа с узкий а эффективным вудсзскии рэзонансоу. 3. Исслсдовзно влияния частотного спектра излучения на углевуп зависимость резонзнсного погло^знкл пзлучекзя поверхностью с зеряодзчзсхзш рзльефс?л. Подтверждено, что в обсггн случае ограниченного по пространству п бесконечного во врезки цветового ишульез, угловая зависимость резонансного поглощения определяется сверткой вудовского резонанса решетка и частотного спектра излучения. Предлозян иэтод измерения частотного спектра ззлуче.'яя по угловой зависимости резонансного поглодэння

излучения дифракционными решетками с узким п эффективным вудовским резонансом.

6. Впервые зарегистрирована и исследована макроскопическая трансформация зеркально отраженного пучка с широким угловьш спектром, происходящая в условиях проявления аномалий Вуда. Наблюдаемая картина трансформаций дает возможность эффективного управления пространственными характеристиками лазерного пучка с помощью дифракционных решеток.

7. Подтверждена аналитическая теория аномальной дифракции световых пучков и импульсов на поверхности с произвольным периодическим рельефом, основанная на выделении резонансных волн.

ПУБЛИКАЦИИ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

1. Емельянов В.И., Карабутов A.A., Кудинов H.A., Пдатоненко В.Т., СогоянН.А., Мальц Р., Беидицкий A.A., Ковалев A.A., Кондратенко П.С., Семиногов В.Н., Панченко В.Я., Соколов В.К. Резонансное термооптическое возбуждение акустических ватаг световым импульсом на поверхности металла с периодические рельефом. // Препринт ^зического ф-та МГУ, 1989, Ä 15.

2. Бендицкий A.A., Ковалев A.A., Кондратенко П.С., Фетисов С.П., Емельянов В.И., Карабутов A.A., Кудинов И.А., Платоненко В.Т., Согоян М.А., Семнногов В.Н., Панченко В.Я., Соколов В.И., Кпирикадзе Д.Л. Поглощение лазерного излучения дифракционными ответвителями в условиях возбуждения поверхностных электромагнитных волн. // Измерения в лазерной технологии и их метрологическое обеспечение. Сборник научных трудов, М.:

ЖЭДФТга, 1003, с. 49-54. '

I. Карабутов A.A., Кудансв И.А., Платонанко В.Т., Согояи U.A., [угуноа A.B. Иссладовазою . аномалий поглощения свэта юриодпчвскимя псБзргностя1!И с использованием

■птико-акустического оффектэ. // Тэзисы докладов Всоссшной кола-семинара "Фотсакустическая спектроскопия п микроскопия фотоакустичесзсий а термоволновыа явления)". Душанйэ, 1989, с.5. :. Бендпщатй A.A., Карабутов A.A., Кудшюв Ei.А., Платонвгасо i.T., Согоян М.А., Чугунов A.B. Оптнко-акустичесзсиа исследования юглодзния излучения негладкими поверхностями. // Ввстншс SJock. н-та. сар.З, визика. Астроноыия, 1990, т. 31, Л 3, с. 43-49. |. Бандихский A.A., Карабутов A.A., Ковалев A.A., Кондратенко :.С., Кудинов H.A., Кузнецова Л.К., Панченко В.Я., Платснэгссо [.Т., Сй!.сшогов В.Н., Согоян H.A., Соколов В.II., Жаламин Е.Б., мельянов В.И. Способ измерения угловой расходимости лазерного злучезял. // Полозительноэ рссонив на авторскую заявку 4651536/31-25/ от 16.02.89.

и Бяндицхий A.A., Карабутов A.A., Согоян fi.A., Шелемин Е.Б. риемютк лазерного излучения. // Пологптельзюе реиезша зга вторскую заявку Л4604904/24-25/ от I4.II.ea. '. Бендицкий A.A., Карабутов A.A., Ковалав A.A., Кондратенко [.С., Согоян U.A. Резонансное возбуздезгае поверхностных лектромапштных волн под действием излучения С02-лззера на :эталличоскуп дефрякциошзую решетку. // Тезисы докладов 8 £есошной козеферезщни по взаимодействии оптичзского излучезтя с еществом, Лентгград, 1990, т. 2, с. 148-149. !. .Карабутов А.А^, Кудинов И.А., Платоззезвсо В.Т., Согоязз U.A., ¡ешзюгов В.Н., Соколов В.Я. Аномалии поглогдэзшя КК-пзлучезшл

металлическими дифракционными решетками. // Тезисы докладов <14 Мепдународцой конференции по когерентной и нелинейной оптике, Санкт-Петербург, 1991, т. 2, с. 106-107.

9. Karabutov A.A., Kudinov I.A., Platonenko V.T., Sogoyan l!.A. Optoacoiisttc Investigation о f IR absorption by diffraction gratings. // Conference Digest of 7 International topical meeting on photoacoustic and photothermal phenomena, Doorwerth, the Motherland, 1991, p. 33.

10. Карабутов А.А., Согоян M.A., Шелемин Е.Б. Приемник лазерного излучения. // Положительное решение на авторскую заявку J949004I7/25/002630 от 08.01.91.

11. Карабутов А.А., Согоян М.А., Иелемин Е.Б. Приемник лазерного излучения. // Положительное решение на авторскую заявку №4900155/25/002629 от 08.01.91.

12. Karabutov A.A., Kudinov I.A., Platcnenko V.T., Sogoyan И.А. Optoacoustic investigation of IR absorption by diffractior gratings. // Photoacoustic and Photothermal Phenomena 111, edited by D.D.Bicanic, Springer Series in Optical Sciences,v, 69, p. 1063.

13. Карабутов А.А., Кудинов И.А., Мананков B.M., Панченко В.Я., Платоненко В.Т., Секаногов В.Н., Согоян М.А., Соколов В.К., Якунин В.П. Аномалии в поглощении и отражении ИК излученш металлическими дифракционными решетками. // Известия РАН. Серш физическая, 1992, Т. 56, JS 4, С. 29-34.

14. Карабутов А.А., Кудинов И.А., Платоненко В.Т., Согоян М.А Резонансное возбуждение ПЭВ на дифракционных решетках i ИК-диапазоне: аномалии поглощения и отражения. // Вестник Моек Ун-та. сер.З. Физика. Астрономия, 1992, т. 33, Я 4, с. 45-52.