Введение к работе
Актуальность теш. Широкое использование холастерических кидких кристаллов в процессах обработки оптической информации выдвинуло в ряд актуальных задачу искусственного формирования в кристаллах анизотропной структуры, аналогичной по свойствам ХЖК. Такие структура, как стационарные, так и нестационарные, могут быть сформированы путем механического закручивания кристаллов вокруг выбранного направления, под воздействием акустической волны и электромагнитных полей различной конфигурации. Чувствительность выходных характеристик пробного электромагнитного сигнала (интенсивности, поляризации) к изменению оптических и механических свойств среды позволяет управлять параметрами электромагнитного излучения, изменяя параметры модулирующих волн. Большой интерес представляет использование для этих целей естественно гиротропных кристаллов. Несмотря на возрастающий интерес к изучению и использованию оптических свойств естественно гиротропных кристаллов с модулированной диэлектрической проницаемостью, многие задачи, связанные с распространением, нелинейным взаимодействием световых и акустических волн в таких средах, остаются нерешенными. Это относится к установлению закономерностей преобразования энергии и поляризации электромапштних волн, а также к оценке влияния поглощения среды на процесс распространения пробного электромагнитного сигнала. С другой стороны, решение указанных задач даст возможность оценки таких характеристик среду, как оптическая анизотропия, параметр гиротрогши, коэффициенты поглощения в различных областях спектра, механические напряжения, флуктуации плотности. В связи с вышеизложенным проведение дальнейших исследований оптических свойств гиротропных сред с индуцированной анизотропией является актуальным и своевременным.
Цель диссертационной работы.
-
Изучение возможности формирования вращающейся анизотропии диэлектрической проницаемости (спиральной и пространственно однородней) в кристаллах под действием электромагнитных и акустических волн.
-
Исследование (на основе точного решения уравнений Макс-
велла) прохождения пробного электромагнитного сигнала в случае нормального падения на кристалл с индуцированной вращающейся анизотропией .
3. Изучение особенностей параметрического взаимодействия пробной и модулирующих волн для различных характеристик волн и параметров кристаллов.
Научная новизна.
Указаны классы симметрии кристаллов, допускающие образование вращащейся анизотропии диэлектрической проницаемости при керровском воздействии световых волн, а также при фотоупругом воздействии звуковых волн на оптические свойства кристаллов. Найдены условия, при которых наведанная вращающаяся анизотропия становится пространственно однородной.
На основании полученного в данной работе точного решения уравнений Максвелла для пробного сигнала в среде с индуцированной вращащейся анизотропией (как со сшфальной структурой, так и пространственно однородной) исследовано параметрическое взаимодействие пробной и модулирующих волн. Предсказан эффект селективного усиления пробного сигнала за счет модулирующей волны. Найдены условия, налагаемые на частоту и поляризацию сигнальной электромагнитной волны, при которых возможен энергообмен между пробной и модулирующими волнами.
Изучены гиротропные свойства кристаллов, возникающие при образовании в них вращающейся анизотропии.
Предсказан эффект поляризационного ослабления поглощения пробной волны в области селективного отражения в срэде с индуцированной вращающейся анизотропией. Показано, что Подавление поглощения обусловлено поляризацией собственных мод.
Решена задача о наклонном падении слабого электромагнитного сигнала на кристалл со сформированной в нем спиральной вращающейся анизотропией. Установлены физические особенности парамет рического взаимодействия волн в первом порядке дифракции.
Практическая значимость.
Исследованные в работе кристаллы с индуцированной нестационарной ашзотрогшей соедашяют в себе достоинства как жидких кристаллов, которые обладают сшфальной структурой, приводящей к селективному отражению света определенной частоты и поляризации
и к вращению плоскости поляризации, так и нелинейных сред, в которых возможно параметрическое взаимодействие волн - энергообмен и преобразование частоты. Результаты, полученные в работе, могут бить использованы для решения широкого круга теоретических и экспериментальных задач, связанных с управлением характеристиками электромагнитных сигналов (амплитудой, частотой, поляризацией) в СВЧ и ИК области, а также для решения обратной задачи, заключающейся в определении оптических параметров кристаллов. Рассмотренные схемы параметрического взаимодействия могут найти применение в динамической голографии, где ведется активный поиск новых регистрирующих сред, механизмов формирования и записи голограмм.
На защиту выносятся следующие положения
-соотношения между параметрами взаимодействующих волн и характеристики кристаллов, при которых возможно формирование нестационарной анизотропии диэлектрической проницаемости (спиральной и пространственно однородной);
- эффект параметрического энергообмена между пробным электромагнитным сигналом и интенсивными волнами, создающими вращающуюся структуру анизотропии;
гиротрогашв свойства , возникающие при формировании в кристалле нестационарной анизотропии диэлектрической проницаемости;
эффект дифракционного подавления поглощения, обусловленный поляризационными характеристикам! собственных мод, возбуждаемых в кристалле пробным сигналом.
Апробация работы . Основные результаты работы докладывались на XIII всесоюзной конференции по акустоэлектронике и квантовой акустике (Черновцы, 1986г.), на Федоровских научных сессиях (Легошград, 1988,1989гг.), на Всесоюзных научных семинарах "Оптика анизотропных сред" (Звенигород, 1987,1990гг.), на Межреспубликанской школе-семинаре молодых ученых "Современные проблемы нелинейной оптики и квантовой электроники" (Минск, 1987г.), на ежегодных научных конференциях Гомельского государственного университета игл. Ф. Скориш (І985-І99Іг.г.), на научных сешшарах кафедры оптики ГГУ. Работа обсуждена на научішх сешшарах кафедры общей физики для физического факультета МГУ
им. М.В.Ломоносова и лаборатории кристаллооптики Института физики АН Беларуси.
Результати работы частично вошли в содержание отчета по госбюджетной теме кафедры оптики "Изучение закономерностей излучения и взаимодействия световых волн в пгротропных средах и разработка физических принципов создания элементной базы квантовой электроники и интегральной оптики" (шифр "Оптика - 2.27", № ГР 01.86.0012771) [135], а также использованы в учебно- исследовательской работе студентов специализации "Квантовая электроника" Гомельского госуниверситета им. Ф.Скориш.
Основные материалы диссертации опубликованы в II печатных работах. Список публикаций приведен в конце автореферата.
Личный вклад. Диссертация отражает личный вклад автора в исследование параметрического взаимодействия волн при формировании в среде вращающейся анизотропии, Научным руководителем А.Н. Сердюковым сформулирована общая тема работы, разработан метод перехода к закрученной системе координат, использованный в диссертационной работе. Научным руководителем И.В.Семченко поставлены задачи, решенные в [124-1341, и оказана методическая помощь в проведении расчетов. Соискателем проделан вывод основных формул, их анализ и расчеты на ЭВМ. Полученные результаты обсуждены с И.В.Семченко.
Объем и структура диссертации. Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, заключения и списка цитируемой литературы, содержащего 150 наименований. Общий объем диссертации составляет 123 страницы, включая 32 рисунка.
