Введение к работе
Актуальность темы. В результате развития современной оптики и тесно связанных с ней приложений в области физики твердого тела появился и огромный прогресс в изучении традиционных с точки зрения практики кристаллов [1] Применение мощных лазеров и уникальная точность оптических измерений позволили существенно продвинуться и в экспериментальном аспекте изучения нелинейных и родственных им явлений
Современные физика твердого тела и оптика используют в качестве объектов экспериментального и теоретического исследования практически все известные среды и соединения. Именно поэтому выбор вещества (класса веществ) в качестве объекта для исследования требует особого обоснования Исходя из общей парадигмы развития современной науки, это должно быть вещество с ярко выраженными нелинейными свойствами С другой стороны, исходя из требований современной науки, это должно быть вещество, широко использующееся в практических приложениях [2] Отметим, что сравнительно недавно в кристаллах, представляющих собой твердый раствор KDP-DKDP, был обнаружен многокомпонентный фоторефрактивный эффект при комнатной температуре, с выраженными нелинейными характеристиками, а значит, именно вещества изоморфные KDP актуальны для теоретического исследования. В пользу выбора данного класса веществ в качестве объекта для теоретического рассмотрения говорит и относительная простота их модельного микроскопического гамильтониана [3]
Исходя из приведенных соображений, в качестве объекта исследования были выбраны сегнетоэлектрики типа порядок-беспорядок, обладающие ярко выраженными фоторефрактивными и нелинейными свойствами До недавнего времени фоторефрактивный эффект считался лишь нарушающим работу электрооптических модуляторов на основе DKDP в высокоэнергетических лазерах микро- и мнллисекундного диапазона с отрицательной обратной связью при энергии генерации более 3-4 Дж/см2 , что значительно ограничивало области использования этих устройств. Известны и многочисленные примеры практического использования фоторефрактивного эффекта В LiNb03 он используется для усиления и коррекции световых пучков, создания лазеров на динамических решетках, обработки оптической информации Появившиеся возможности получения образцов DKDP больших размеров и обнаруженный в кристаллах DKDP эффект высокотемпературной фоторефракции делают эти кристаллы как перспективными для использования в устройствах динамической голографии Приведенные выше аргументы делают задачу построения последовательной теории распространения ультракоротких оптических импульсов в условиях фоторефракции весьма актуальной и перспективной
Поскольку за явление фоторефракции ответственен показатель преломления, определяемой комплексной диэлектрической проницаемостью
кристалла, и поскольку действительная и мнимая часть комплексной диэлектрической проницаемости связаны соотношениями Крамерса-Кронига, то одновременно с явлением фоторефракции должен наблюдаться эффект изменения показателя поглощения (фотохромный эффект) Этот эффект можно связать с движением в образце свободных зарядов, образующихся при некоторых механизмах фоторефракции Последовательный учет динамики и кинетики свободных _ зарядов также необходим при построении последовательной теории распространения ультракоротких оптических импульсов в рассматриваемых нами веществах
Все вышеперечисленные факты и обстоятельства делают проблему исследования динамики распространения ультракоротких оптических импульсов в условиях фоторефракции в сегнетоэлектриках типа порядок-беспорядок актуальной как для теории, так и для практики, и позволяют сформулировать цель исследования
Цель работы. Основной целью диссертации являлось исследование динамики ультракоротких оптических импульсов в фоторефрактивных средах, а именно изучение изменения параметров импульса при распространении в такой среде, изучение возможности появления дополнительных волн, при распространении импульса Также изучались особенности динамики ультракоротких оптических импульсов в квазиодномерных и квазидвухмерных средах с эффектом Штарка
В соответствии с поставленной целью решались следующие задачи
-
Выявление особенностей распространения ультракороткого оптического импульса в фоторефрактивной среде Выявление параметров среды наиболее ответственных за изменение формы импульса
-
Исследование возможности генерации обращенной волны при распространении импульса в сегнетоэлектрике с фоторефрактивными свойствами
-
Исследование влияния проводимости, присущей фоторефрактивным средам на распространение ультракоротких оптических импульсов
-
Выявление возможности солитонного распространения квазидвухмерного оптического импульса в средах с эффектом Штарка
Научная новизна работы состоит в том, что в ходе проведенных исследований были впервые получены следующие основные результаты
-
выявлена возможность генерации отраженной волны при распространении одиночного импульса в фоторефрактивной среде
-
рассмотрено в рамках кинетического уравнения Больцмана влияние проводимости на динамику солитонов самоиндуцированной прозрачности
-
выявлено влияние проводимости среды, связанной с фоторефрактивным эффектом на распространение ультракороткого оптического импульса
-
показана возможность существования квазисолитонного режима распространения квазидвухмерного ультракороткого оптического импульса в среде с эффектом Штарка
Научная и практическая ценность работы. Представленные в работе новые результаты и установленные закономерности процессов распространения ультракоротких оптических в сегнетоэлектриках типа порядок-беспорядок и штарковских средах позволяют пополнить сведения о характерных свойствах данных систем, что может быть использовано в дальнейших теоретических и экспериментальных исследованиях
Основные положения диссертации, выносимые на защиту.
-
В ходе эволюции оптического импульса в сегнетоэлектрике типа порядок-беспорядок с фоторефрактивным эффектом генерируется обращенная волна, вызванная отражением прямых волн от решетки, записанной в фоторефрактивной среде вследствие интерференции
-
При распространении оптического импульса в сегнетоэлектрике, при учете нелинейной проводимости происходит его распад, вызванный неустойчивостью высокочастотных мод
-
В ходе распространения импульса самоиндуцированной прозрачности в среде с нелинейной проводимостью происходит распад импульса на два кинка
-
При распространении квазидвухмерного ультракороткого оптического импульса в среде с эффектом Штарка возможен аналог солитонного режима распространения, при котором импульс не диспергирует, а только изменяет свою форму
Достоверность результатов диссертации обеспечивается
-
Использованием строгих математических методов
-
Детальным анализом общих физических принципов, лежащих в основе изучаемых моделей
-
Тестированием общих алгоритмов по результатам, полученных в других работах для частных случаев
-
Совпадением результатов, полученных разными методами
-
Качественным и количественным сравнением с существующими экспериментальными данными
Апробация работы. Результаты исследований опубликованы в периодической научной печати (журналы «Laser Physics», «Proceeding SPIE, Вестник ВолГАСУ (г Волгоград), Вестник ВолГУ (г Волгоград)), часть работ принята в печать Также результаты исследований были доложены на конференциях
-
Photon Echo and Coherent Spectroscopy 2005, г Калининград (18-25 сентября 2005 г )
-
10-ая всероссийская школа-семинар «Волновые явления в неоднородных средах», г Звенигород (22-27 мая 2006 г)
-
«Фундаментальные проблемы оптики», г С-Петербург (16-20 окт 2006
г)
4 Научные семинары кафедры ВолГАСУ (г Волгоград, 2004-2007 г )
Структура и объем. Диссертация состоит из введения, четырех оригинальных глав, заключения и списка цитируемой литературы. Общий
объем диссертации составляет 123 страницы, включая 16 рисунков и списка лигературы из 106 наименований
Личный вклад автора. Основные положения диссертации опубликованы в соавторстве с научным руководителем МБ. Белоненко Автор диссертации принимал непосредственное участие в вычислениях, моделировании процессов на ЭВМ и обсуждении результатов, а также полностью выполнил численный и аналитический расчет исследуемых величин Также автор участвовал в написании статей и представлении результатов на конференциях
