Взаимодействие интенсивного лазерного излучения с жидкокапельным аэрозолем в условиях пондеромоторного эффекта

• Автор: Пальчиков, Андрей Васильевич
• Шифр специальности: 01.04.05
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2000
• Место защиты: Томск
• Количество страниц: 127 с.

ОГЛАВЛЕНИЕ
Введение
ГЛАВА Т. ОСОБЕННОСТИ НЕЛИНЕЙНО-ОПТИЧЕСКИХ ЭФФЕКТОВ В
ПРОЗРАЧНЫХ ДИЭЛЕКТРИЧЕСКИХ СФЕРАХ
1.1. Структура оптического поля в прозрачных микрочастицах и ее роль
в формировании оптической нелинейности
1.1.1. Структура оптического поля в диэлектрических сферах
1.1.2. Резонансы. Моды "шепчущей галереи"
1.1.3. Геометрооптическое описание резонансных мод
1.1.4. Особенности ВР в дисперсных средах
1.2 Пондеромоторные силы и эффект их действия на прозрачные
микрочастицы
1.2.1. Пондеромоторное действие электромагнитного поля на
прозрачные капли
1.2.2. Проявление действия пондеромоторных сил в прозрачных
каплях
Краткие выводы по главе
ГЛАВА II. ПОВЕРХНОСТНЫЙ ЭФФЕКТ ПОНДЕРОМОТОРНОГО
ДЕЙСТВИЯ ЛАЗЕРНОГО ИЗЛУЧЕНИЯ
НА ПРОЗРАЧНЫЕ КАПЛИ
2.1. Деформация прозрачной капли в мощном световом поле
2.2. Исследование пондеромоторных деформаций прозрачных капель
2.3. Резонансное возбуждение колебаний поверхности жидких
прозрачных частиц лазерным излучением
2.4. Параметрическая раскачка капиллярных волн
Краткие выводы по главе II
ГЛАВА III. ДИНАМИЧЕСКОЕ РАССЕЯНИЕ СВЕТА НА ВЫНУЖДЕННЫХ ПОНДЕРОМОТОРНЫХ КОЛЕБАНИЯХ КАПЕЛЬ
3.1. Динамическое рассеяние света на колеблющейся частице
3.2. Восстановление функции распределения частиц по рассеянному на колеблющихся каплях излучению
Краткие выводы по главе III
ГЛАВА IV. ВЛИЯНИЕ ПОНДЕРОМОТОРНЫХ ДЕФОРМАЦИЙ
ПОВЕРХНОСТИ КАПЛИ НА ЕЕ РЕЗОНАНСНЫЕ СВОЙСТВА
4.1. Влияние добротности на пороги нелинейных эффектов в прозрачных каплях
4.2. Методы оценки добротности деформированной частицы
4.3. Оценка влияния деформаций поверхности прозрачных капель на добротность собственных резонансных мод на основе геометрической оптики
4.4. Интерпретация экспериментальных данных по вынужденному рассеянию света в прозрачных каплях, иллюстрирующих
влияние пондеромоторных деформаций
4.4.1. ВКР в капле при накачке последовательностью пикосекундных лазерных импульсов
4.4.2. Вынужденное рассеяние из области "Декартова кольца"
Краткие выводы по главе IV
Заключение
Литература

Введение
Актуальность
Научно-технический прогресс в области лазерной физики стимулирует развитие исследований по использованию новейших лазерных технологий в физике, медицине, экологических исследованиях и других разделах науки. Применительно к задачам атмосферной оптики наблюдается большой интерес к разработке новых методов дистанционного лазерного зондирования параметров аэрозольных сред, а также повышению информативности существующих [75].
Одним из интересных эффектов нелинейного взаимодействия лазерного излучения с прозрачными аэрозольными частицами является эффект действия пондеромоторных сил. Данный эффект может приводить к вынужденному рассеянию Мандельштама-Бриллюэна, проявляться в фактах движения, левитации частиц, а также деформации поверхности жидких частиц. В последнем случае возможны амплитудные модуляции падающего на частицу светового излучения, изменение структуры электромагнитных полей внутри частиц, определяющих их оптическую нелинейность, разрушении капель.
Задача о пондеромоторном действии лазерного излучения на жидкие прозрачные частицы обращала на себя внимание и ранее. Это было связано с практическими вопросами применения мощных лазеров видимого и ближнего И К излучений в задачах атмосферной оптики. В данной ситуации роль тепловых эффектов мала, и становится наиболее вероятным проявление нетеплового взаимодействия: эффектов действия пондеромоторных сил светового излучения, вынужденного комбинационного рассеяния света, оптического пробоя. Имеющийся в те годы теоретический задел исследований по нелинейной оптики прозрачных капель позволял получать априорную информацию лишь для малых по сравнению с длиной волны падающего света частиц, что было явно не достаточно для решения практически важных задач.

появления рассеянного сигнала и при интенсивности, практически равной порогу оптического пробоя, А? составляет ~ 1 нсек.
Вынужденное комбинаиионное рассеяние
Вынужденное комбинационное рассеяние (ВКР) является одним из наиболее известных нелинейно-оптических эффектов, возникающих при распространении высоко интенсивного лазерного излучения в дисперсных средах. ВКР было открыто еще на заре развития нелинейной оптики в начале 60-х годов [31, 39].
Комбинационное рассеяние вызвано модуляцией падающего на среду электромагнитного излучения собственными колебаниями молекул вещества. При этом в спектре рассеянного света появляются гармоники на смещенных частотах: со3 = со0 ± исоу, где соо -частота падающего излучения, сог - частота внутримолекулярных колебаний вещества, п = 1,2,3
В результате взаимодействия электромагнитного поля с веществом в среде возникает поляризация, наведенная дипольными моментами молекул:
Р = ьЕ“Е<1і>і.
где Р - вектор поляризации, - поляризуемость среды, V - объем занимаемый диполями, (р.); - дипольный момент і-го диполя. Таким образом, в среде возникает периодическая структура, своеобразная дифракционная решетка, на которой и происходит рассеяние падающего излучения. При достаточно высокой интенсивности воздействующего излучения в среде возникают нелинейные эффекты, и на молекулы уже действуют не только силы с частотами падающего и рассеянного излучений, но и сила, действующая на разностной частоте, т.е. на частоте собственных колебаний решетки. Это приводит к резонансному возбуждению колебаний и экспоненциальному росту интенсивности рассеянного излучения. При достижении рассеянной волной интенсивности, сравнимой с интенсивностью возбуждающего