Взаимодействие волн ИК диапазона в гетерогенных средах с термоиндуцированной нелинейностью тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.05 ВАК РФ

1ЯИНИСТЕРСТВ0 ПУТЕЙ ССОЙЩЯ РОСОДСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ ДАЛЬНЕВОСТОЧНАЯ ГОСУДАРСТВЕННАЯ АКАДЕМИЯ ПУТЕЙ СООБЩЕНИЯ

На правах рукописи УДК 621.373.826:535.211

Иванов Валерия Иванович

ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ ВОЛН ИК ДИАПАЗОНА В ГЕТЕРОГЕННЫХ СРЕДАХ С ТЕРШШДУЦИРОВШЮЙ НЕЛИНЕЙНОСТЬЮ

01.04.05 - Оптика

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук

Хабаровск 1994

Работа выполнена в Хабаровском государственном техническом университете и Дальневосточной государственной академии путей сообщения.

Научный руководитель - кандидат физико-математических наук.

доцент А. И. Илларионов.

Официальные оппоненты: доктор физико-математических наук.

профессор Р. И. Соколовс-шй;

Ведущая организация - Тихоокеанский океанологический институт ДВО РАН.

Защита состоится ?9" н-оз^> 1954 года в часов на заседании специализированного Совета К 114.12.01 при Дальневосточной государственной академии путей сообщения по адресу: 680056. Хабаровск, ул. Серыаева, 47. ауд. ?24.

С диссертацией можно ознакомиться в научной библиотеке Дальневосточной государственной академии путей сообщения.

Автореферат разослан "¿:?"_й£1^21394 года

Ученый секретарь специализированного■ . ' ~

Совета К 114.12.01.

кандидат физико-математических на шрионов

кандидат физико-математических наук Б.А.Жуков.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РДЕСТА

Актуальность темы. Развитие динамическая голографии открыло новые возможности для управления пространственно-временной структурой лазерного излучения. Прогресс в этой области позволил, в частности, реализовать новий механизм усилении когерентного излучения, основанный на перекачке энергии при вырожденном четырехволновом смешении на светоиндуцированных динамических решетках, сформулировать целый ряд новых принципов оптической обработки информации.

Одно из важнейших применений методы динамической голографии нашли в такой области, как обращение волнового фронта (ОВФ) излучения. Эта проблема вызвана существованием актуальных практических задач автоФокусировки пзлучен.ш, передачи информации через неоднородные среды, уменьшения расходимости лазерного излучения и др. В средней инфракрасной (ПК) области спектра единственным результативным методом Фазового сопряжения является ОВФ при четырехволновом смешении (ЧВС) излучения [1,2]. Используемая в этом случае кубичная нелинейность среды обычно достигает значительной величины только для резонансных механизмов нелинейности. В токе время, лазерное излучение среднего ИК диапазона, как правило, обладает сложным и нестабильным спектральным составом.

В связи с этим актуальной является задача поиска и исследования сред с иерезснансной нелинейностью, позволяющих реализовнвать эффективное ОВФ квазьнепрерывного изучения. Важной задачей является такие разработка.методов и схем ОВФ излучения, расширяющих область применения техники Фазового сопряжения на средний ИК диапазон спектра.

Цель работы. Исследование возможностей использования термоиндуци-рованных механизмов нелинейности гетерогенныых сред для реализации ЧВС излучения.средней ИК области спектра. Двухкомпонентные гетеро-генныые среды, имеющие высокие значения параметра эффективной кубичной нелинейности, характеризуются, однако, значительным светорассеянием и инерционностьв отклика. Задача состояла в изучении этих уг других факторов, ограничивающих эффективность отражения, динамический диапазон и быстродействие ОВФ-ЧВС зеркал на основе таких сред.

Исследование. ОВФ ИК излучения в средах с термоиндуцированным фазовым переходок полупроводник-металл (ФППМ) также имело своей целью

определение предельных характеристик нелинейного отражения, изучение возможностей их оптимизации, в том числе за счет использования различных методов - ОВФ поверхностью (ОВФ-П) среды и ОВФ при ЧВС по-верхнослшх поляритонов. В задачу входило исследование самэвоздейс-тбил опорных волн, ограничивающего эффективность ОВФ при ЧБС квазинепрерывного излучения.

Научная ноанзьа работа заключается в следующем:

- определены основные характеристики 013Ф-ЧВС зеркал на основе двух-компонеитньс: сред с термоиндуцированной нелинейностью: эффективность отражения, быстродействие. динамический диапазон; установлена их взаимосвязь и зависимость от термодинамических параметре а среды:

- впервые предложено и экспериментально реализовано ЧВС излучения С0Й-лазера в гетерогенной среде с тегиюкапиллярной нелинейностью;

- экспериментально получено нсликей' ое отражение с усилением ИК излучения в двуокиси ванадия в окрестности ФППМ, исследована связь параметров нелинейной среды с характеристиками ОБФ зеркала;

- показано, что под действием интенсивного ИК излучения в слое среды с ФПГШ могут -возникать термоиндуцированиые структура в виде пространственной модуляции диэлектрической проницаемости среды; определена условия, при которых коэффициент нелинейного отражения при ОБФ-П растет в режиме" с обострением;

- иредккхно использовать среда с териоиндуцированным ФШШ

дкя дсетизгонпя эффективного ОВФ при ЧВС поверхностных полярп-• то;м8. рассмотрены эффекты самовоздействия поверхностных • г,магнитных волн з таких средах.

¡Практическая цожеггь связана- с актуальными проблемами динамической голографии, в том числе с задачей ОВФ квазинепрерывного излучения среднего ИК диапазона спектра. Первоочередной здесь является задача поиска сред, обладающих большой величиной нерезонансной нелинейности {11. Исследование основных параметров ОВФ-ЧВС зеркал - эффективности, отражения, динамического диапазона, быстродействия - необходимо для успешного их использования в решении практических зада1 управления параметрами лазерного излучения. Разработка и исследование различных схем и методов ОВФ излучения средней ИК области спектра представляет особый интерес, поскольку здесь пока существу?' едицотвеаний резуьтативный метод - ОБФ при ЧВС излучения 12].

Апробация работа. Основное результату диссертационной работы опубликованы в работах [1-8] и докладывались из:

- П Всесоюзной конференции "Сбращениз воскового Фронта в нелинейных средах" (г. Минск, 1989);

- V Всесоюзном семинаре "фотофизика поверхности" (г. Ленинград. 1989);

- VI!] Всесоюзной конференции по взаимодействию оптического излучения с веществом (г. Ленинград. 1990);

- X Международной Вавиловской конференции по нелинейной оптике (г. Новосибирск. 1990).

Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, трех глав, заключения и списка литературы.

Общий объем работы составляет 142 страницы, включая 28 рисунков и библиографию из 168 наименований.

ОСНОВ!!!® ЗЩЩДЕМЫЕ ПОЛОШМЯ

1. Термоиндуцированные механизмы нелинейности двухконпоне^ых сред обеспечивают высокую эффективность ЧВС квазинсгтернзного ИК излучения. Динамический диапазон, быстродействие и эффективность ОВФ-ЧВС зеркала являются взаимосвязанными характеристиками и определяются термодинамическими параметра!'!! среды.

' 2. Среды с термоиндуцированньи ФППМ перспекитн» с точки зрения реализации эффективного нелинейного взаимодействия излучения среднего Ж-даапазона в схеме ОВФ-П. Характеристики ОВФ зеркал на основе таких сред могут изменяться в широких пределах в зависимости от технологических условий получения образцов.

3. Использование ЧЗС поверхностных поляритонов в средах с ФППМ позволяет значительно увеличить эффективность взаимодействия излучения (по сравнению со случаем объемных волн) и добиться угловой селективности нелинейного отраяения.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

¡'о введении обсн ¡овываются актуальность и практическая значимость

работы, сформулирована диссертации.

В первой главе рассматривается ЧЕС квазинепрерывного излучения п средах с термоиндуцированной нелинейностью.

В параграфе 1.1. проанализированы нелинейно-оптические свойства двухкомпокенткых сред с целью их использования для реализации ЧВС излучения налой интенсивности. Динамический характер записи голограмм в среде обеспечивается наличием релаксационных процессов, которые мог;,? быть описаны в ранках линейной неравновесной термодинамики. Изменение диэлектричег '.ой проницаемости двухкомпонентной среды под действием падающего излучения вызвано двумя потоками - тепловым Лт и концентрационным .1с. В общем случае эти потоки термодинамически перемешаны и оп-ределяатся кинетическими коэффициентами 113. Амплитуда решетки диэлектрической проницаемости находится из одномерных уравнений для баланса тепла и числа частиц с учетом выражений для потоков ^.

В случае слабопоглощающей среды получено следующее выражение для эффективного коэффициента кубичной нелинейности п2 = (с1п/й1)

пг-аог,к-г|С|м(ап/ас). (1)

где п - показатель преломления среды: с - концентра-

ция дисперсных частиц. - (0М022 - В210,г):

- коэффициенты диффузии, выражаемые через 1и; К - волновой вектор динамической голограммы: а -коэффициент поглощения среды. Динамика нелинейного отклика среды определяется временем установления концентрационной решетки. В большинстве реальных ситуаций время концентрационной диффузии частиц значительно больше времени установления температурного распределения (01г0г1 < ОпОгг). Тогда выражение для пг принимает следующий вид

пг*сФ21Кг (с!п/ас)т1 гп. (2)

где тв=(ОггКг Г' - время диффузии частиц на масштабе решетки; Ту^ОцК2)"1 - время установления температурного распределения, г последнем случае очевидна пропорциональность величины пг времс:-: ■ таксации нелинейного отклика тв. Поскольку г зычно 1П > -с,.

тепловая нелинейность двухкомпонентной среды гложет значительно пre витать таковую для однокомпонентной среды. Это связано с тем,что коэффициент нестационарной нелинейности п2Е=п2*тр [смг/Дж] (нормиро ванный на коэффициент поглощения) определяется термодинамическими параметрами среды, и поэтому почти одинаков для разных механизмов, нелинейности.

В параграфе 1.2 рассмотрена взаимосвязь основных характеристик ОЗФ-ЧВС зеркала на основе феноменологической модели среды с нелинейным показателем преломления

п = п0 + п2 (Ып). (3)

где I - интенсивность падающего излучения;

п0 и 1п - феноменологические константы.

Эффективный параметр кубичной нелинейности n2=cor.3t при 1>1п. п2=0 при К1„. Диапазон изменения показателя преломления ограничен каким-либо механизмом насыщения нелинейности при соответствующей интенсивности 1нас излучения Дптах=п2 (IKac-In).

Динамический диапазон О j-i-зеркала определяется областью изменения интенсивности сигнальной волны 13. в которой коэффициент отражения обращенной волны RoM постоянен - D-I3Ba*/I,IBln. I3ma* находим из условия насыщенчя нелинейности

т 1»0Х„т 2 ^ t -1 М)

где I,_ 2 =10 - интенсивность опорных волн (13гаах<10).

Принимая, что 1эт1п ограничивается наличием рассеяния опорных волн на термодинамических флуктуациях показателя преломления среды с ампитудой ДПп1п. получаем

' R0B»«D-(Anatn/<inBia J2. (5)

Коэффициент Q (ЛПтах/Д'\т)2 связывает основные характеристики ОВФ-ЧВС зеркала с термодинамическими параметрами среды. Например, для концентрационной нелинейности двухкомпонентной среды с равновесной концентрацией дисперсных частиц С0 диапазон нелинейности можно оценить как ДПоах * (dn/dc)*C0, при этом 0 » (С0/ДСш1п)г.

Амплитуда флуктуаций концентрации частиц ДСГО,„ характеризуется

пространственно-частотным спектром, ¡1 в соответствии с флуктуацион-но-диссипационньш соотношениями, определяется кинетическими коэффициентами среды 1и. Поэтому й описывает и частотно-угловые характеристики ОВФ-зеркала. т.е. в соотношении (5) все три величины в общем случае являются функциями волнового вектора динамической решетки и частоты модуляции сигнальной волны 1э ( при 10«сопэ1). Поскольку эффективный параметр кубичной нелинейности не входит в 0, то последний характеризует "качество" скорее среды, чем собственно нелинейного механгзка. который может быть различным, например, тепловым или полевым. Поэтому й является наиболее информативным пграметром при сравнении различных нелинейных сред с точки зрения оптимизации характеристик ОВФ-ЧВС зеркала.

В параграфе 1.3 приведены резумитаты экспериментального исследования нелинейности двухкомпонентных сред.

Терыоиндуцированный дрейф частиц в эмульсиях (или аэрозолях) может быть обусловлен зависимостью коэффициента поверхностного межфаз-ногс натяжения от температуры. Эта термокапиллярная нелинейность бала реализована в пузырьковой среде (ацетон, этанол) с размером частиц 10"*-10"2 см. В экспериментах по ЧВС излучения С0г-лазера (Х=10.6 ыкм) получен коэффициент нелинейного отражения 40 % в непрерывной резине. Интенсивности опорной 10 и сигнальной 1э волн состав-ляха 25 ы 2 Вт/см2 соответственно, период интерференционной картины Л --\0"1 см. Анплитудло-фазовая решетка записывалась в существенно нелинейном реашз, поскольку в условиях эксперимента 10»1Н(1С. Время релаксации решетки определялось скоростью всплывания пузырьков и составляло 0.2-0,4 с. Аналогичный термокапиллярный механизм нелинейности использован в [31. где реализовано ОВФ-ЧВС излучения видимого диапазона.

Изменение концентрации частиц дисперсной фазы приводит к модуляции локального коэффициента экстинкции среды. Это нелинейное рассеяние излучения обеспечивает дополнительный вклад в образующуюся динамическую голограмму. Величину соответствующего нелинейного коэффициента щ (см2/Вт) можно найти (в пренебрежении многократным рассеянием) как :

X

»а - Ю(бв*с)/(Ш * —. (6)

4Л

где с - концентрация дисперсных частиц; ба - сечение

рассеяния одной частицы: I - интенсивность падающего излучения; X - длина волны излучения.

Сравнение величии пг и «g в случае концентрационной нелинейности (модуляции с) рэлеевских частиц показывает,что вклад нелинейного рассеяния оказывается гораздо меньшим. Однако, а случае статических неоднородностей нелинейное рассеяние превалирует. В частности, в критических микроэмульсиях, характеризующихся высокой объемной плотность» дисперсной фазы, нелинейные свойства могут определяться нелинейным рассеянием излучения. В этом случае амплитудная голограмма в виде пространственной модуляции концентрации неподвижных рассеивающих частиц создается в результате термоиидуцированного фазового перехода - расслоения кикроэмульсии.

Этот механизм нелинейности исследовался экспериментально в критической бинарной смеси этанол - масло, имеющей верхнюю точку расслоения вблизи Те-60°С. Ширина фазосэго перехода, определяемая дисперсией размеров частиц, зависела от объемной доли дисперсной фазы и достигала 8°С. Средний размер частиц в микроэмульсии лежал в диаписпш Ю'МО*6 м, поэтому дифракционная эффективность образуемых при фазовом переходе голограмм измерялась для излучения Ke-Ne лазера (Х-0,63 мкм). для которого величина рассеяния оптимальна ot^-L"1 (L -толщина слоя среды). Голограмма записывалась двумя интерферирующими ИК волнами (ХМО. 6 мкм) с интенсивностями 2 и 12 Вт/см2. Дифракционная эффективность голограммы для излучения Не-Не лазера достигала 0.5 55. Соответствующая величина коэффициента нелинейности щ составляет 4*10"3 смг/Вт.

В параграфе 1.4 изложены результаты экспериментов rio ЧВС ИК излучения в поглощапщих еидкостях в условиях сильного самовоздействия опорных волн. Исследовалась образующаяся в слое жидкости тепловая линза, являющаяся одним из основных факторов, ограничивающих эффективность и качество ОВФ при ЧВС квазинепрерывного излучения [4]. С этой целью регистрировалась динамика изменения поперечного распределения интенсивности гауссова пучка, прошедшего через кювету с поглощающей жидкостью (ацетон,этанол: толщина слоя 1=100-300 мкм. коэффициент поглощения -L"1).

Полученные рез; jtiara демонстрируют аберрационный характер образующейся в среде тепловой линзы, которая приводит не только к увели-•►лг./одамости опорной волны, но и к изменению амплитудного

распределения - Формирование характерней "кольцеообразкой" структуры пучка.

ЧЗС излучения С02-лазера исследовалось в схеме, в которой сопряженная накачка образована отражением единственной опорной волны от плоского зеркала. Экспериментально показано, что при интенсивности опорной волны 10 =50 Бт/см2 наводимая в среде тепловая линза приводит к значительному (в несколько раз) уменьшению коэффициента нелинейного отражения при 0BÍ--4BC в стационарном режиме (по сравнению с импульсным. где данный эффект самовоздействия не успевает проявиться). Качество сопряжения в непрерывном режиме также существенно ниже (доля обращенной волны не превышала 0.4-0.5 от полной интенсивности отраженной волны 14).

Вторая глава содержит результаты исследования нелинейного взаимодействия волн среднего ИК диапазона в средах с термоиндуцированным фазовым переходом полупроводник-металл (ФШТМ).

В параграфе 2.1 рассмотрены особен^ ости схемы ОВФ-П квазинепрерывного ИК излучения Е среде с тепловой нелинейностью. Основные.характеристики ОВФ-П зеркала анализируются на основе феноменологической модели среды с нелинейным коэффициентом Френелевского отражения

р - р0 ♦ ß(I - I,). (7)

где р - |dp/dl|, 10. р0 - параметры среда; I - интенсивность падающего излучения (ß«0 при KI0; J$=const при 1>10).

Диапазон изменения р ограничен величиной р.ах или рл||1 (в зависимости от знака ß) при соответствующей величине I - 1„. Используя вы-pastíiíi- v гля коэффициента отражения обращенной волны в борновском прибжпгении, можно получить следующее соотношение

WD - (8)

где Apha* - диапазон изменения коэффициента отражения, в котором ß - const; Др.1в - амплитуда случайной (шумовой) модуляции коэффициента отражения, определяемая термодинамическими флуктуацнями диэлектрической проницаемости среды.

Как и для ОВФ-ЧВС ьзлучения. введенный параметр 0„-(Др^а</Дрв11,)г характеризует качество среда с поверхностной нелинейностью, связывая

основные характеристики ОЕФ-П зеркала.

В большинстве нелинейных сред (в т.ч. с термсикдуцпрованными не-линейностяни) стационарный параметр р определяется поглощаемой интенсивностью излучения 1„. При этом для анализа нелинейных свойств поверхности с привлечением микроскопического механизма нелинейности более удобном явлется параметр рп=|ЗрД11п|. В частности, термоинду-цированная нелинейность характеризуется величиной <Зр/с1Т (Т - температура среды). Тогда дм тонкослойной сильнопоглощающей среды (аЬ>1). в пренебрежении тепловыми потоками вдоль слоя, можно получить следующее выражение

Вв-ычар/ать (9)

где ЬиХ- толщина и теплопроводность нелинейной среды

Учитывая, что 1„={1-|р'1) |г)*1, находим Р:

р'рп(1-|р(1)1г)»(1+2|р|ря1)-1. , (10)

Из этого выражения видно, что условие р«сопз1 выполняется во всем диапазоне Дрпах только при относительно слабой нелинейности, когда |р1Р„*К1. При этом р-рп(1-'^(1)|г) и. в силу принятого условия, коэффициент отражения ИоВв также оказывается малым.

В обратном случае, при |рРв«1|>1, поведение 0 и Иовв-п существенно зависит от знака р„. Для р„>0 нелинейный параметр р уменьшается с ростом р„1 и прк Рв1>1 коэффициент отражения ЕоВф.п перестает зависеть от р„1:

Ков»-п-К1-|р(1)|г)/2|р(1)|]г. (11)

Т.е. при достаточно большой нелинейности коэффициент отражения р(1) является единственным параметром, фиксирующим величину КоВ«-п-

Для отрицательных-рв зависимость НоВ»-п от р„1 определяется резонансным знаменателем в выражении для р и приобретает."пороговый" характер [5]. При |ррд1|>1 стационарное нелинейное отражение не реализуется из-за неустойчивости состояния с р-р(1). поскольку в этом случае (<31Е/(11)<0.

В параграфе 2.2 описаны результаты исследования ЭВФ-П ИК-кзлуче-ния среднего ПК-диапазона в пленках двуокиси ьанадия. в. котсрых ФЛПМ происходит вблизи Тс =65°С. Величина нелинейности р определяется ьа-

раметром Ар/йТ. который в некоторой окрестности ФППМ можно считать константой образца. Расчет |бр/ат| производился в предположении, что нелинейный материал представляет собой двухфазную гетерогенную среду, состоящую из полупроводниковых и металлических микрокристаллитов, Механизм нелинейности состоит в увеличении объемной доли металлической Фазы (и соответствующей изменении оптических констант) при увеличении -емпературы среды.

Особенностью двуокиси ванадия является то. что параметры Ариа1 и 0. оцрзделяюете основные характеристики ОВФ зеркала, можно изменять в широких пределах, варьируя технологические условия получения пленок. Эта параметры связаны с электродинамическими характеристиками образцов. Для установления этой связи исследовались зависимости Фре-нелевского коэффициента отражения К излучения и сопротивления р (в пленарной геометрии) от температуры в окрестности ФППМ. Измерения проводились для пленок двуокиси ванадия различной толщины и на разных подложках. Для интерпретации поведения электросопротивления <б-разцов в двухфазной области использовалась теория протекания.

Получены эмпирические зависимости между параметром (5 и толщиной пленки. Дрваж и величиной перепада электросопротивления при ФППМ. Установленные корреляции между оптическими и' электродинамическими характеристиками материала позволяют оптимизировать параметры ОВФ-П зеркала на основе двуокиси ванадия.

Возможности значительного улучшения характеристик ОВФ-П зеркала [6] продемонстрированы в экспериментах с излучением С0г-лазера, где был получен коэффициент нелинейного отражения 1?=2Ю % в лвазинепре-рывном режиме. Интенсивности опорной и сигнальной волн составляли 6 Вт/смг и 0.02 Вт/см2 соответственно, период тепловой решетки Х-10"' см. время релаксации тр=80 мс.

В параграфе 2.3 анализируются нестационарные режимы отражения при нелинейном взаимодействии ИК излучения в среде с ФППМ.

Показано, что в достаточно мощном поле опорной волны в окиснова-надиевом слое, находящемся в окрестности ФППМ. могут возникать све-тоиндуцированные структуры в виде пространственной модуляции оптических свойств среды. Явление описывается в рамкэх теории развития тепловых диссипативных структур, возникающих благодаря температурной .г^2ис;шо2ти оптических и теплоФизических параметров поглощающей срз-г.ч 17).

ОгоЗенноста ОЕФ-П мощного импульсного ПК излучения в среде с тер-

моиндуцнровашшм ФППМ могут быть обусловлены эффектами локализации тепла. Проведенный анализ показывает, что амплитуда поверхностной голограмма (и отраженной волны) может расти в режиме с обострением [7]. что представляет интерес для ряда прикладных задач с применена ч\.\ ОВФ КК-излучения.

В третьей главе теоретически рассмотрены эффекты самовоздействш и ЧВС поверхностных поляритонов (ПП) на границе раздела сред, одн-из которых находится вблизи ФППИ.

Одним из преимуществ ЧВС ПП По сравнению со случаем объемных вол!: является значительнее увеличение электрического поля в среде и соот ветствующее усиление эффективности нелинейного взаимодействия [8] Поэтому реализация ОЕФ-ЧВС ИК излучения с участием ПП на поверхности среды с ФППМ позволяет на один-два порядка уменьшить интенсивность опорных волн (по сравнению с ОВФ объемных волн) при той :ке эффективности нелинейного отражения.

Во-вторых, при ЧВС ПП испрльзуется область ФППМ, в которой действительная часть эффективной диэлектрической проницаемости среды е отрицательна. В случае с'Чеиных волн з этой области возможна только запись амплитудных поверхностных голограмм в схеме ОВФ-Л. Переход же к ПП позволяет реализовать ЧВС на основе записи фазовых решеток. При этом параметр тепловой нелинейности среды <Зе/<П (е и Т - диэлектрическая проницаэмость и температура среды) для ПП может значительно возрастать. Учитывая, что эффективная диэлектрическая проницаемость для ПП на границе раздела вакуум-среда с ФППМ. записывается как с8=е(1+е)"1, получаем йса/(ЗТ= (сЗс/йТ)*(1+е)"г. Резонансный знаменатель в этом выражении приводит к росту эффективного параметра нелинейности в области ФППМ.

Наконец, длина пробега ПЛ в окрестности ФППМ намного превышает глубину проникновения объемной волны. Это дает возможность значительно увеличить длину нелинейного взаимодействия и добиться угловой селективности ОВФ-ЧВС' зеркала, что недостижимо в схеме ОВФ-П.

Факторами, о^аничивающими эффективность и качество ОВФ при ЧВС ГШ, являются эффекты самовоздействия. Анализ, проведенный в рамках одномерной тепловой задачи, показал, что под действием мощной опорной волны в слое среды формируется бегущий фронт "самопрооветления", описываемый стандартным автоволновык решением.

При ограничении поперечного размера взаимодействующих ПП самовоздействие излучения проявляется з формировании тепловой линзы в сре-

де. Сравнение влияния самодефокусировки опорных волн на ОВФ в случае ЧВС объемных волн и ЧВС ГШ указывает на преимущество последнего метода. Эго связано с тем. что величина тепловой линзы, наводимой ПЛ, определяется теплоотводом в направлении, перпендикулярном плоскости распространения волн, что позволяет существенно ограничить ее при выборе соответствующей геометрии схемы.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В заключении приведены основные результаты работы.

1. Исследована термоиндуцированная нелинейность двухкомпонентной гетерогенной среды. Величина эффектичной кубичной нелинейности среды и время релаксации отклика определяется кинетическими коэффициентами, ответственными за тепловой и концентрационный потоки в среде. Инерционность диффузионных процессов в двухкомпонентных средах позволяет добиться значительно более .высоких значений параметра нелинейности по сравнению с однокомпонентными.

Установлена связь основных параметров ОВФ-ЧВС зеркала - коэффициента нелинейного отражения, быстродействия и динамического диапазона 4 - с термодинамическими характеристиками среды.

2. Продлоаено и экспериментально реализовано ЧВС Ш излучения в • гетерогенной сродс с термокапиллярным дрейфом частиц. Для непрерывного излучения С0Й-лазера получен коэффициент нелинейного отраженля 40 % при интенсивности опорных волн 25 Вт/см8.

3. Определены нелинейно-оптические свойства гетерогенной среды. . обусловленные термоиндуцированны» рассеянием излучения на статических несднородностях. Экспериментально продемонстрирована запись тепловой решетки коэффициента экстинкции в критической микроэмульсии с дифракционной эффективностью 0.5 Л для излучения видимого диапазона спектра.

4. Экспериментально исследовано влияние самовоздействия опорных волн на процесс ЧВС излучения в среде с тепловой нелинейностью. Показано. что изменение поперечного распределения интенсивности взаимодействующих волн, вызванное наводимой опорными волнами тепловой линзой, приводит к существенному (в несколько раз) уменьшению коэффициента нелинейного отражения и падению качества сопряжения по сравнению с импульсным режимом ЧВС.

5. Проанализировано ОВФ-П ПК излучения в среда с терпоиндуциро-ваиной поверхностной -нелинейностью, Устгисвлеиа взаимосвязь коэффициента нелинейного отражения, динамического диапазона, быстродействия ОВФ-П зеркала-и термодинамических параметров среди.

Экспериментально продемонстрировано, что оптические характеристики окиснованадиевнх пленок, определяющие параметры ЭВФ-П зеркала, (.'огут изменяться в широких пределах в зависимости от технологических условий изготовления образцов.

В схеме ОВФ-П квазинепрерывного излучения С02-лазера получен коэ-фициент нелинейного отражения !?<)ВФ.П=210 % при интенсивности опорной волны 6 Вт/смг.

6. Показано, что в поле интенсивной опорной волны в среде с ФППМ могут возникать светоиндуцированные структуры в виде пространственной модуляции оптических свойств. Определены условия» для которых рост интенсивности отраженной волны при ОВФ-П излучения идет в режиме с обострением.

7. Рассмотрено ОВФ при ЧВС поверхностных поляритонов на границе раздела диэлектрик - среда с ФППМ. Преимущества данного метода по сравнению с ОВФ-П объемных волн состоят в увеличении эффективности нелинейного взаимодействия и возможности достижения угловой о;; активности процесса.

Показано, что самовоздействие опорных поверхностных волн при достаточно большой интенсивности приводит к формированию бегущего фронта "самопросветления"-среды.

ЦИТИРОВАННАЯ ЛИТЕРАТУРА

1. Басов Н.Г., Ковалев В.И.. Файзуллов Ф.С. Среды для обращения волнового фронта излучения С0г-лазеров // Изв. АН СССР. сер. физ. -1987. - Т. 51 - N 2. - С. 280-292.

2. Бетин А.А., Шерстобитов В. Е. Методы и схемы ОВФ излучени среднего ИК-диапазона // Изв. АН СССР. сер. физ. ■- 1987. - Т. 51,- N. 2. - С. 299-306.

3. Еизнюк С. А., Пашкнин П. П., Прохоров A.M., Растопов С.Ф.. Сухо-дольский А.Т. Обращение волнового фронта при четырехволновсч взаимодействии в расслг 'вающемся растворе // Письма в ЖЭТФ. - 1990,- Т. 51.

F-.ыч. ':. - С. 86-. 0.

4. Аитипоь 0.А.. tci>: ч.. ЖуковЕ. А., Тургенев С.Г. Влияние нагрева среды на четырсхг^-зоо взаимодействие длинных импульсов излучения среднего ИК-диапазока // Препринт N 193 ИПФ АН СССР. -Горький. 1938. - 32 с.

5. Мамаев A.B.. Мельников Н.Л., Пилипецкий Н. Ф.. Сударкин А.Н.. Шкунов В. Б. Обращение волнового фронта на поверхности полупроводников при плазменном отражении // КЭТФ. - 1984. - Т. 85. - Вып. 1. -С. 232-241.

6. Бергер Н.К.. .Куков Е. А.. Новохатский В. В. Нелинейное взаимодействие ИК олн на поверхности V02 при фазовом переходе полупроводник-металл // Квантовая электроника. - 19S4. .-Т. 11. - N 4. - С. 748-750.

7. Самарский A.A.. Галактионов В.А., Курдюмов С.П., Михайлов А.П. режимы с обострением в задачах для квазилинейных параболических уравнений. М.: Наука, 1987. - 502 с.

3. Пилипецкий Н.Ф., Сударкин А.Н., Ушаков К.Н. Обращение волнового фронта при четырехволновом смешении поверхностных электромагнитных волн // 1ЭТФ. - 1987. - Т. S3. - Вып. 1(7). - С. 103-125.

ОСНОВНЫЕ ПУБЛИКАЦИИ

1. Бергер Н.К.. Иванов В.И.. Суходольский А.Т. О применении капиллярного термофореза в динамической голографии // Кратк. сообщ. по Физике. - Москва: ФИ АН СССР, 1983. - М 10. - С. 11-14.

2. Авербух Б. Б.. Иванов В. И. распространение и нелинейное взаимодействие ПЭВ на границе раздела двуокись ванадия - диэлектрик // Тезисы докл. V Всесоюзн. семин. "фотофизика поверхности". - Ленинград: ГОИ. 1989. ._ С. 22.

3. Иванов В. И., Пичугин И. Г. Нелинейное взаимодействие ИК излучения в пленках двуокиси ванадия // Тезисы докл. конф. молодых ученых "Горячие электроны и коллективные явления в полупроводниках". -Вильнюс: ИФП АН Лит. ССР, 1990. - С. 221.

4. Здоровцев Г.Г.. Иванов В.И. Нелинейно-оптические свойства гетерогенной среды // Обращение волнового фронта лазерного излучения ь нелинейных средах. - Минск: ИФ БССР, 1990. - С. 334-333.

5. ИЕановВ.И., Новохатский В. В., Пичугин И. Г. Исследование ВЧВ •-.¡ракрасного излучения в пленках двуокиси ванадия // Обращение зол

нового фронта лазерного излучения в нелинейных средах.- Минск: ИФ АН БССР. 1990. - С. 88-93.

6. Иванов В.И. Термоиндуцированные искажения при БЧВ ИК-излучениа в органических жидкостях // Программная и аппаратная реализация алгоритмов в радиоэлектронных и микропроцессорных системах. - Хабаровск: Хабаровский политехи, институт. 1990. - С. 27-32.

7. Иванов В. II. Термоиндуцированные механизмы нелинейности в различных средах // Программная и аппаратная реализация в радиоэлектронных и микропроцессорных системах. - Хабаровск: Хабаровский политехи. институт, 1990. - С. 32-37.

8. Иванов В.И., Проценко Н. А., Уймин А. А. Светоиндуцировашше структуры в окиснованадиевом слое вблизи фазеного перехода металл-полупроводник // Тезисы докл.. №1 Всесоюзн. конф. по взаимодействию оптического излучэния с веществом. - Л.: ГОЛ. 1990. - С. 132.