Введение к работе
Актуальность проблема.
В настоящее время общеизвестно, что жидкие кристаллы (ЖК) ібладают большой чувствительностью к таким внешним воздействиям, ;акими являются статические электрические и магнитике, ь тады» тетосиэ доля, механические колебания, тепловые и гидродинамические готоки и др. Это обстоятельство делает очень перспективным [ршэнение ЖК в электронике, кибернетике, медицине и в различных властях экспериментальной физики, химии и биологии. Вместе с швлением электронных приборов с жидкокристаллическими табло и їїферблатами (часы, калькуляторы, электронные словари-переводчики, лоские телевизионные экраны и т.д.) наступил ренессанс в физике и имии ЖК. Мы, по-видимому, являемся свидетеляш революции в технике тображения информации, которая совершается благодаря ЮС и подобна ой, которая произошла в электронике с появлением полупроводниковых нтегральних микросхем. Кроме того, ЖК являются прекрасной моделью ля исследования различных физических к химических процессов, а аюке биологических систем.
Благодаря успехам экспериментальных, теорета«оских л рикладных исследований в области гидродинамики и кустогидродинамики стало возможным создание качественно новой эхкики для неразрушащего контроля материалов . и изделий, эдицинской диагностики, сейсмических исследований и изучения ирового океана, преобразования и передачи информации, вдродинамические и вкустогидродинамические метода дайт возможность злучить наиболее полные и разносторонние сведения о свойствах к гроении Ж, а также о кинетике молекулярных процессов. По данным ідродинамических и акустогидродинвмических измерений в ЖК можно іре делить энергию взаимодействия молекул, проверить предположения тех или иных стр.. :<туршх моделях, найти скимвемость, отношение пзлоэмкоетей, коэффициенты вязкости Мэсовича и Лесли, времена ілаксац*гч и т.п.
Интересные особенности проявляются при изучении ориентацконных іустойчивостей директора ЖК по отношению к гидродинамическим или «вективным течениям . Главная особенность - это то, «то пороги іустойчивостей сказываются очень . низкіши. Например, пороговое іпряженке для возникновения доменов Иапустина-Вильямса при. [ектрогидродююмической неустойчивости обычно составляет насколько
вольт и не зависит от толщины образца.' А неустойчивости типа Рэлея-Бешра директора ЖК при нагревании слоя снизу появляются при перепаде томлерзтуры ~10.
Исследования последних пятнадцати лет показали, что Ж явллптся очень чувствительными также по отношению электрического поля лазерного излучения. Существуют две основные причины актуальности, исследования взаимодействия лазерного излучения с ЯК.
Во-перветс, выяснено, что жидкокристаллические мезофазы, в первую очередь нематическая, обладают рядом механизмов оптической кубической яелинейности, приводящих к чрезвычайно высоким значениям эффективных вссприимчиьостей третьего порядка, на шесть - десять порядков . прсЕыташа таковые для -трядиционных нелинейноствй изотропных кидкосте?..
Во-вторшс, сказалось весьма перспективным привлечение пелинбйпо-оптичеоких методов к исследованию фундаментальных свойств затх ямдко;сристалличоских меэофаэ - таких,' как оимметрия молекулярного упорядочения, вяэкоупругие свойства, процессы тешго-и массообмвна я многие другие..
Таким образом, получение новой информации о свойствах ЖК на
осново исследований ориентациониых . гидродинамических и
сйнтогидрсдинамичесісх характеристик и теоретическое исследование
воемокаостей оптических, в том числе .нелинейно-оптических, методов
в этой области науки является актуальной задачей. Актуальность,
исследуемого направления обусловлена' также тем, что часть
предсказанных явлений уже сегодня могут иметь практическое
применение. ' .
Цзль работы. Целью диссертационной работы являлось предсказание и исследование новых ориентацоаяых, гидродинамических я светсгидродинвмических явлений в Ш, а также связанных с ними иошх механизмов кубических ориентациокных ' оптических нелинейноствй.
Научная новизна работы определяется результатами впервые
выполненного комплекса теоретических исследований, в которых были
раврсботыш разнообразные методы получения и решения, уравнений
движения дій директора ЖК .'и предсказаны новые ориентацконные 'и
сьстогидродикемическио эффекты в.ЖК, а также сильные ориентационные
оптические .нелинейности. ' .'
Яолучонше сведения позволили сформулировать ноьне области прямочония И в нелинейной оптике и.лазерной.физике.
_ 4 -
Научно-практическая значимость работы. Про доказанные р.
диссертационной работе оривнтационше, ориентециойно-
гидроданамическиэ. термомэханическив, акустогадродинамичесіаш м сватогидродшшмичбские эффекты (часть из них обларуквнг. экспериментально при непосредственном участии аЕтора диссертации) могут быть применены как с цель» изучения фазчосаш* свойств *кг тяге п для создания сверхчувствительных датчиков и яриемников сейсмических колебании, воздушных потоков, изменения температури, инфракрасного излучения, длл визуализации слабых акустических полей.
Предсказанные и исследованные в настоящей диссертации ориентадаонно-гидродинамические тепловые . оптичоскив нелинейности шдких кристаллов позволят реализовать и изучить шкроякй спектр нелинейно-оптических явлений. при чрезвычайно низких 'мощностях, взаимодействующих световых волн , и создать тонкослойные малоэнергоеикие устройства управления лазерным излучением. Кроме того, на основе ориентационного механизма нелинейности могут сытя созданы различные нелинейно-оптические устройства, такие кєк оптические переключатели, бистабилыше эломенты, динамичєиаіе голографические корректоры, устройства обращения волнового фроьта, имеющие чрезвычайно низкие мощности срабатывания, что весьма ценно в задачах оптической связи, обработки информации и лазерной технологии.
Основные положения, выносимые на запиту.
1. Обобщение теоремы Нетер для распределения директора гадких
кристаллов. Получение уравнений- двишйія из законов сохранчнля.
Предсказаниа новых ориентационных ноустойчивостей, бистабильностзй,
гистерезисшх и скачкообразных явлений в присутствие таких внешних
влияний, как статические электрические и магнитные поля, шаг
холестерической спирали хиралъных добавок, гравитационное поле и
т.д.
2. Феноменологическое построение диссипатявнсй функции,
описывающей тепломеханические аффекты в дефораиррвашш
нематических жидких кристаллах (НЖК). Предсказание новых
термсмеханических эффектов, специфически связанных с
неоднородностью распределения директора ЖК. Среди них: а)
возникновение гидродинамических потоков за счет градиента
температуры, б).возникновение перепада температуры в неоднородном
потоке, в) дополнительное отклонониэ директора под действием потока
тепла.
-
Доказательство возрастания ориентационных' оптических нелкнейностей по закону Кюри-Вейса при приближении к порогам ориентационных неустойчивостей кузттовского, пуазейлева течений, течения по наклонной плоскости, бесполевого перехода Фредерикса, в поле акустической волны и др. .
-
Феноменологическое построение диссипативной функции, опись'взгсцой ориэнтациошю-гидродинамические движения в ЖК. Предсказание эффектов светогидродинамической переориентации директора КК и обусловленных ими новых механизмов сильных оривкташюнно-тепловых гидродинамических оптических нелинейностей. Среди них гравитационный механизм Рэлея-Бенара, термокапиллярннй механизм Марангони и механизм прямого объемного расширения.
5. Предсказало возможности возбуждения регулярных
конвективных движений в жидкостях и в ЖК пространственно-
периодической акустической волной.
-
Рассмотрение нелинейного резонатора Фабри-Иеро на основе сввтоиндуцированного перехода Фредерикса как стабилизатора мощности пздаодегс на резонатор излучения и как практически возможной схемы уменьшения порога указанного перехода.
-
Вычисление обратного влияния гидродинамических движений, вознгссавдих при пэреориентации директора НЖК, на установление ориентационной оптической нелинейности.
Апробация работы и публикация. Основные результаты диссертация докладывались на следу одах конференциях: Всесоюзное научно-твхпическое совеїдание по взаимодействию лазерного излучения с жидкими кристаллами (Дилижан. 1978), X, XI и XV международные, конференции по когерентной и нелинейной оптике (Киев, 1980, Ереван, 1982, Санкт-Петербург, 1995), V и XV международные конференции по жидким кристаллам (Одесса, 1983 и Будапешт, 1994), V Всесоюзная конференция "Жидкие кристаллы и их практическое использование" (Иваново,, 1985), ХШ международная конференция по жидким кристаллам (Канадв, , 1990), VIII. Всесоюзная.-конференция по взЕимодействию оптического, излучения с веществом (Ленинград. 1990), международные конференции "Лазары-93" (США, 1ЭЭЗ), ."Лазеры-94" (США, 1994) И "Лазеры-95") (США, 1995), V международная тематическая конференция по оптике „жидких кристаллов ^ (Венгрия, 1993), Европейская конференция по лазерам и электрооптике (Амстердам, 1994), а также на-научных семинарах ФИ АН России,
Института Кристаллографии АН России, Института Физики АН Украины, Института Проблем Механики АН России и др. .
Основные результаты диссертации опубликованы в 35 работах, перечень которих приведен в конце автореферата, а также в тезисах докладов указанных выше конференций. Полный список печатных рвоот с участием автора включает более чом 55 наименований. Материал.* дассортации основаны на теоретических работах, выполненных на кафедре оптики ЕГУ.
Структура и объеи работы. Диссертация изложена н? 316 страницах основного машинописного текста (включая 47 рисунков), состоит из введения, пяти глав, трех, приложений и заключения, имеется список литературы, включающий 240 наименований цитированных литературных источников.
Личный вкллд автора. Ознакомившись со списком олубликозашзгог работ, можно убедиться, что основная, часть результатов получена автором. Автору принадлежит выбор научного направления, постановка и решение конкретних задач, получение основшх результатов и их интерпретация. СоаЕтори Ю.С. Чшгингарян, Б.Я. Зельдович, Н.В. ТаОирян и Т. Тчуди принимали участие при формировании некоторых задач. Ю.С. Чилингарян, Р.Б. Алавврдян, В.Э. Дрноян, А.С. Вьрцаньн и В.В. Саакяп провели экспериментальные исследования предскаэпшых явлений. B.C. Овсепян, СР. Нврсиоян и Г.Р. Хосровян участвовали при программировании и расчете задач на компьютере.
II. КРАТКОЙ содержание рабош
Здесь дается общая характеристика диссертационной работы, актуальность исследуемой проблеми и ее научная новизна, сформулированы цель, научно-практическая значимость работа и основные положения, выносимые на защиту. Приведен также краткий обзор основних результатов, близких к теме диссертации.
