Введение к работе
Актуальность темы. При рассмотрении расщюстранения света в оптически однородной среде обычно полагается, что поляртация я процесс распространения свети взаимно независимы. Однако это верно только в случае оптически однородной локально изотропной среды.
При распростране-нии линейно поляризованного света в оптически неоднородной среде плоскость линейной поляризации поворачивается, причем угол поворота зависит от кручения траектории луча. Этот результат был получен теоретически Ф.Бертолоттп (1926)1, С.М.Рытовым (1938)2 и В.В.Владимирсюш (1941)3, подтвержден экспериментально в работе А.Томиты и Р.Чао в 1986 г.4 при исследовании распространения линейно поляризованного света через од-номодовое. волокно, свернутое в спираль, и интерпретирован на основе квантовомехашиеской адиабатической теоремы М.Берри (1984)5. Влияние траектории на поляризацию света может быть рассмотрено и как результат проявления спин-орбитального взаимодействия фотона. В таком случае можно ожидать существования обратного
'Bortolotti F. Rend. Я. Асе. Naz. Line. 4,552 (1926).
С.М.Рытов, Докл.АкаЗ.Наук СССР И, 2 (1938).
^В.В.Владимирский, Докл.АкаЭ.Наук СССР 21, 222 (1945).
«A.Tomita, R.Y.Chiao, Phys.Rev.Lett. 57, 937 (1986).
M.V.Berry, Ртос. R. Soc. London A 392, 45 (1984).
эффекта — влияния поляризации на траекторию светового луча6. В связи с этим встает задача экспериментального обнаружения влияния поляризации на траекторию луча и как следствие, подтверждения проявлен чя сшш-орбцтнльного взаимодействия фотона прп распространении света в оптически неоднородной локально изотропной среде.
При распространении света в оптически однородной, но не изотропной среде (кристалле) поляризация спета и процесс его распространения также оказываются связанными. В общем случае направление распространения света через кристаллическую среду определяет состояние его поляризации. На этом эффекте основывается работа классических устройств для преобразования состояния поляризации свота — пластинок А/4 и А/2. Недостатком этих систем с топки зрения практического использования является их селективность по длине волны. Поэтому встает задача поиска путей расширения рабочей области систем преобразования поляризации.
Векторный характер светового электромагнитного поля проявляется как во взаимовлиянии поляризации и траектории света, так и в зависимости состояния поляризации света от его направления распространения и начального состояния Поляризации. Рассмотрим эффекты, само существование которых зависит от начального сос.то-
V.S.Libermaii, B-Ya-Zel'dovich, Phys.Rcv.b. 4в, 5199 (1992).
янпя поляризации и траектории света ппутри кристалла. Г чь идет о записи топографических решеток в фоторефрактивных средах. В кристаллах кубической симметрии только специальным выбором направления распространения записывающих пучкоь и их поляризации по отношению к кристаллографическим осям кристалла можно добиться записи голографпчсской рсщетки. В кристаллах более низкой симметрии существуют направления, использование которых позволяет записать топографическую решетку с максимально возможной дифракционной эффективностью. Динамическая топографическая запись в фоторефрактивных кристаллах используется для решения задач, связанных с регистрацией когерентных световых волн, а также выполнением над ними сложных процедур обработки.
Все вышеизложенное определяет актуальность исследования физических эффектов, обусловленных векторной природой светового поля.
Цель работы. 1. Экспериментальное обнаружение и детальное экспериментальное исследование оптического эффекта Магнуса и свя-занных с ніш явлении.
-
Исследование поляризационных эффектов, обусловленных особенностями распространения поляризованного света в оптическом волокне со ступенчатым профилем показателя преломления.
-
Исследование свойств стационарных топографических решеток,
записанных методом гпнх]хяіного детектирования в различных фо-торефрактпвных средах.
4. Создание теории и экспериментальное исследование составных перестраиваемых поляризационных систем.
Научная новизна. Впервые экспериментально обнаружен оптический эффект Магнуса, проявляющийся в повороте спскл картины циркулярно поляризованного излучения, прошедшего через много-модовое волокно, при смене знака циркулярной поляризации.
Впервые экспериментально обнаружено влияние поляризации на распространение света в оптически однородной среде, проявляющееся в поперечном сдвиге перетяжки асимметричного сходящегося пучка при смене знака его циркулярностп.
Впервые экспериментально обнаружено влияние магнитного поля на траекторшо света, которое заключается в повороте спекл картины света, прошедшего через оптическое волокно, помещенное в магнитное поле.
Создана теория составных перестраиваемых шлярлзаплонных систем. Экспериментально реализованы п исследованы поляризационные системы со свойствами пластинок А/4, А/2. Показано, что невозможно создать перестраиваемую пластинку А/2 пз двух двулуче-преломляющшс пластинок, необходима третья пластинка.
Теоретически и экспериментально исследовано влияние самодн фракции на пространственно частотную характеристику стационарной голографнческой решетки, записанной методом синхронного детектирования в фоторефрактпвных кристаллах различных типов.
Экспериментально обнаружено существование пространственной фазовой самомодуляшш фоторефрактпвным крпсталлем во внешнем переменном электрическом поле.
Практическая ценность. Результаты, полученные при исследовании оптического эффекта Магнуса, дают основание полагать, что можно создать новый тип волоконно оптических датчиков. В таких датчиках внешние воздействия на оптическое волокно можно регистрировать по изменению спекл картины излучения, пропущенного через это волокно.
Теория перестраиваемых составных поляризационных систем и их макетная реализация создали базу для разработки конструкций таких систем п их использования в научном приборостроении.
Исследование записи стационарных голографпческлх решеток в фоторефрактпвных кристаллах позволило выявить те кристаллы, которые можно использовать для, регистрации волновых фронтов со сложной структурой.
Основные положения, выносимые на защиту.
-
Спекл картина циркулярно поляризованного излучения, прошедшего через многомодовое волокно, поворачивается на некоторый угол при смене знака циркулярпоотд (оптический эффект Магнуса).
-
Прп распространении света через прямолинейное многомодовое оптическое волокно наблюдается топологическая оптическая активность.
-
Угол поворота плоскости линейной поляризации света, пропущенного через волокно спиральной формы, совпадает с углом поворота продольного сечения, выделенного в волокне.
-
При распространения циркулярно поляризованной плоской волны через половину линзы наблюдается поперечный сдвиг фокальной
перетяжки при смене знака циркулярной поляризации.
-
При распространении света через маломодовое волокно, помещенное в магнитное поле, наблюдается поворот спекл картины. Угол поворота по порядку величины и по знаку соответствует углу фара-деевского вращения плоскости поляризации.
-
Прп распространении света через оптическое волокно, помещенное между скрещенными "циркулярными поляризаторами", формируется световая волна с единичной дислокацией волнового фронта.
7. Устройство, состоящее из двух двулучепрелоыляющпх пласти
нок с практически произвольными толщинами, позволяет путем по-
зорота этих пластинок относительно общей оси вносить практочсскп любой фазовый сдвиг между двумя ортогональными поляризациями в широком диапазоне длин волн.
-
Составное перестраиваемое устройство со свойствами пластинки Л/4 может быть настроено на требуемую длину волны без предварительного определения угла между кристаллографическими осями пластинок и использования эталонной пластинки А/4.
-
Пространственная фазовая самомодуляция света фоторефрак-тивным кристаллом наблюдается во внешнем переменном электрическом поле.
Апробация работы. Материалы диссертационной работы Докладывались на XIV Международной конференции по когерентной п нелинейной оптике КиНО-91, г.Санкт-ПетерОург. на Щ Украинской школе-конференции "Нелинейная оптика жидких кристаллов, фоторефрактивных и гетерогенных сред", Алущта-1991; па Международной конференции "Photonic Switdiing", Мйнск-1992; на 16 Конгрессе Международной комиссии по оптике ICO-16, Буданешт-1993; на Международной конференции по фоторефрактивным средам PRM-93, Киев-1993; на симпозиуме "Прикладная оптика", Санкт-Петербург-1994; а также обсуждались на научных семинарах в Институте электрофизики УрО РАН.
Публикации. Основное содержание диссертации опубликовано в 24 работах.
Структура и объем диссертации. Диссертация состоит in введения, четырех глав, заключения и списка литературы, содержащего 136 наименовании цитируемой литературы. Полный объем диссертации — 243 страницы, включая 70 рисунков.
Похожие диссертации на Проявление векторной природы света при его взаимодействии с веществом
