Динамика формирования нелинейного отклика и "обучение" самонакачивающихся ОВФ зеркал: петлевое и двойное ОВФ зеркала на титанате бария

• Автор: Вахдани Могаддам Мехран
• Шифр специальности: 01.04.21
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2005
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 121 с. : ил.

 Введение

Глава 1 Проблема компенсация фазовых искажений и

самонакачивающиеся ОВФ зеркала на фоторсфрактивных кристаллах. Постановка задач

1.1 Фазовые искажения и обращение волнового фронта

1.2 Фоторефрактивный эффект

1.3 Механизм фоторефракции и материальные уравнения

1.4 Волновое уравнение и самосогласованная постановка задачи

1.5 Схемы самонакачивающихся ОВФ зеркал

1.6 Динамика ОВФ зеркал и схемы ее численного расчета

1.7 Скорость формирования отклика самонакачивающихся ОВФ зеркал

1.8 Выводы и постановка задач диссертации

Глава 2 Динамика генерации самонакачивающихся петлевых и двойных
ОВФ зеркал на фоторефрактивных кристаллах
2.1 Модель петлевого ОВФ зеркала
2.2 Схема численного расчета
2.3 Динамика генерации петлевого ОВФ зеркала
2.4 Модель двойного ОВФ зеркала и схема численного расчета
2.5 Динамика генерации двойного ОВФ зеркала
2.6 Обсуждение полученных результатов и выводы
Глава 3 Предварительное «обучение» самонакачивающихся петлевых
ОВФ зеркал на фоторефрактивных кристаллах
3.1 Модель «обучаемого» петлевого СОВФЗ и схема численного расчета
3.2 Статическое обучение СОВФЗ
3.3 Динамическое обучение СОВФЗ
3.4 Обсуждение полученных результатов и выводы
Заключение
Литература

Актуальность проблемы
Актуальность темы работы обусловлена тем, что, несмотря на существование уже давно устоявшегося термина «динамическая голография», точно отражающего как физику явления обращения волнового фронта (ОВФ), так и основное достоинство нелинейно-оптических ОВФ зеркал (ОВФЗ) - их способность работать в нестационарных условиях, именно вопросы динамики формирования нелинейного отклика в ОВФЗ изучены пока явно недостаточно. И, в первую очередь, это относится к т.н. самонакачивающимся ОВФЗ (СОВФЗ), реализованным на базе фоторефрактивных кристаллов (ФРК). Хотя система микроскопических материальных уравнений, описывающих эффект фоторефракции, была выписана уже почти 30 лет назад, ее решение до сих пор представляет собой весьма серьезную проблему. Обычно задачи типа рассмотренных в диссертации решаются либо на чисто феноменологическом уровне, либо используется целый ряд достаточно грубых приближений, которые к тому же практически всегда вводятся авторами не сразу, а последовательно, вследствие чего часто оказываются несовместимыми. В то же время в эксперименте нередко наблюдается весьма нетривиальная кинетика нелинейного отклика СОВФЗ, включая сложные автоколебательные (динамические) режимы генерации с характерными временами вплоть до нескольких часов и суток. Фактически, это лишь подтверждает тот факт, что развитие генерации в СОВФЗ является еще одним примером процесса самоорганизации, протекающего в системе «нелинейная среда - световое поле» и требующего адекватного теоретического описания.
Цель работы
Основными целями настоящей диссертационной работы являлось:

1. численное моделирование двумерной динамики формирования нелинейного отклика петлевого и однокристального двойного СОВФЗ на ФРК ВаТЮ3 с использованием стандартной системы микроскопических материальных уравнений, описывающих эффект фоторефракдии;
2. выяснение возможных сценариев перехода к неустойчивым режимам генерации в двух перечисленных выше типах СОВФЗ, позволяющее оптимизировать как геометрию, так и условия реального эксперимента;
3. отработка и сравнительный анализ нескольких вариантов процедур предварительного «обучения» СОВФЗ вспомогательным оптическим полем, позволяющих существенно сократить время, необходимое для формирования обращенного выходного сигнала.
Научная новизна
Научная новизна настоящей диссертационной работы обусловлена тем, что в
ней впервые на примере СОВФЗ на ФРК ВаТЮ3 показано, что
1. за счет формирования динамических голограмм двух разных типов (двух каналов ОВФ) в однокристальном двойном СОВФЗ реализуется новый (по отношению к петлевому СОВФЗ) сценарий перехода к динамическому хаосу, связанный с нарушением фазовых соотношений волн, генерируемых в разных каналах ОВФ;
2. за счет конкуренции (два канала ОВФ, локальная и нелокальная составляющие в нелинейном отклике ФРК) режим генерации однокристального двойного СОВФЗ и после окончания переходных процессов является квазистационарным. При этом параметры выходных полей достаточно нетривиальным образом (наличие синфазной и противофазной составляющих в зависимостях

Шаг во времени выбирался значительно меньшим, чем характерное время эволюции состояния ФРК (медленной подсистемы) Д1 = 0,1 с, поскольку даже небольшие трансформации динамической голограммы резко меняли распределение выходного поля.
2.3. Динамика генерации петлевого ОВФ зеркала [127-129]
В проведенном нами численном моделировании большая часть параметров задачи считалась однозначно определенной выбором ФРК (см. табл.2.1) и не
варьировалась. Распределение интенсивности |а|°* (х,г = 0д)| сигнального излучения с длиной волны >. = 0,514 мкм на входной грани ФРК предполагалось гауссовским (ширина пучка 2р0 =100 мкм) при 1пшх =2 = 200 мВт/см2. Период записываемой в ФРК с входной апертурой Н = 4 мм и длиной Ь=4 мм динамической голограммы ОН-1 менялся за счет изменения угла схождения пучков в пределах а = 10 = 15°. Внешнее электростатическое поле варьировалось в диапазоне Е0 = 1 = 1000 В/см.
«Запуск» петлевого ОВФЗ (т.е. обнаружение режима генерации поля Аь (х,гд) с пространственной структурой Аь(х,г = 0,1), близкой к структуре обращенного входного сигнала Аг (х,г = 0)), прошел легко. Рисунок 2.3 в градациях серого цвета иллюстрируют «карты» распределений интенсивностей 1г(х,г) (рис.2.За) и 1ь(х,г)
(рис.2.36) в ФРК уже после окончания переходного процесса (1 = 1000 с). Здесь, как и везде в дальнейшем, более темные области соответствуют меньшим значениям интенсивностей. При этом в ФРК формировалась стационарная решетка показателя преломления БН -1 в области самопересечения прямого Аг и обратного Аь пучков. В оптимальных условиях (см. ниже) ОВФЗ полностью передавало на выход (плоскость ъ = 0) и регулярную пространственную модуляцию интенсивности, вносимую для