WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!

На правах рукописи

Буяновская Елизавета Михайловна

ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ ВСТРЕЧНЫХ СВЕТОВЫХ ВОЛН ИЗ МАЛОГО ЧИСЛА КОЛЕБАНИЙ В НЕЛИНЕЙНЫХ ДИЭЛЕКТРИЧЕСКИХ СРЕДАХ

Специальность 01.04.05 – Оптика

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук

Санкт-Петербург 2012

Работа выполнена на кафедре фотоники и оптоинформатики Санкт-Петербургского национального исследовательского университета информационных технологий, механики и оптики

Научный консультант: доктор физико-математических наук, профессор Козлов Сергей Аркадьевич

Официальные оппоненты: Сазонов Сергей Владимирович доктор физико-математических наук, профессор, НИЦ "Курчатовский институт", ведущий научный сотрудник Королев Александр Александрович, кандидат физико-математических наук, доцент, НИУ ИТМО, доцент кафедры физики Ведущая организация ФГУП «Научно-производственная корпорация «Государственный оптический институт им. С.И. Вавилова»

Защита состоится <<29>> мая 2012 года в 15-50 часов в ауд. 466 на заседании диссертационного совета Д 212.227.02 в СПбНИУ ИТМО по адресу: 197101, Санкт-Петербург, пр. Кронверкский, д.49.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке СПбНИУ ИТМО.

Автореферат разослан <<28>> апреля 2012 г.

Ученый секретарь Специализированного Совета Д 212.227.02, доктор физико-математических наук, профессор Денисюк И.Ю.

 

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы Нелинейная оптика волн, которые состоят лишь из нескольких колебаний электромагнитного поля – это сегодня передовые рубежи исследований оптики и лазерной физики сверхкоротких интенсивных световых импульсов.

Нелинейная оптика таких волн имеет существенно отличительные черты. Это связано, в первую очередь, с неразрушением оптических сред (по крайней мере, за длительность импульса) даже при весьма высоких интенсивностях излучения. Достижение высоких интенсивностей световых волн в среде без оптического пробоя вещества приводит к возможности наблюдать ярко выраженными эффекты, которые для длинных импульсов являются слабыми, а иногда и к качественному изменению самого облика известных нелинейнооптических явлений.

Для предельно коротких по числу колебаний волн теряет свой физический смысл понятие огибающей светового импульса. Поэтому основная проблема теоретического изучения явлений нелинейной оптики волн из малого числа колебаний состоит в необходимости разработки новых, не связанных с рассмотрением эволюции привычной огибающей, подходов к анализу динамики поля и спектров излучения.

Обоснованию новых методов анализа и изучению особенностей самовоздействия одиночных световых импульсов из малого числа колебаний в различных оптических средах посвящено уже большое число теоретических и экспериментальных работ. Привлекающим наибольший интерес эффектом самовоздействия одиночных импульсов из малого числа колебаний в нелинейных оптических средах является, по-видимому, сверхуширение их спектра. Значительно на сегодняшний день и число работ, посвященных теоретическим и экспериментальным исследованиям взаимодействия в нелинейных средах сонаправленных световых импульсов из малого числа колебаний. Столкновение сонаправленных волн разного спектрального состава приводит к существенному увеличению числа сценариев сверхуширения спектров взаимодействующих импульсов.

Статьи, посвященные изучению взаимодействия в нелинейных средах встречных волн из малого числа колебаний, на момент начала настоящей работы были немногочисленны. Однако в таких процессах, несмотря на короткое время взаимодействия, при высоких интенсивностях сталкивающихся импульсов за счет смешения частот можно ожидать получения излучения в широком спектральном диапазоне: от предельно коротких терагерцовых до аттосекундных импульсов ультрафиолетового диапазона спектра. Важным также представляется изучение изменений принципов действия в поле встречных волн предельно коротких длительностей нелинейных  интерферометров, которые могут быть использованы в системах сверхбыстрой обработки информации. Ультракоротким встречным зондирующим импульсом возможно диагностировать сверхбыстрые явления, происходящие в поле интенсивного импульса и т.п. Поэтому построение теории взаимодействия встречных световых импульсов из малого числа колебаний является важным этапом в развитии нелинейной оптики импульсов предельно коротких длительностей.

Цель работы состояла в теоретическом исследовании основных закономерностей взаимодействия встречных световых импульсов из малого числа колебаний в нелинейных диэлектрических средах.

Для достижения цели решались следующие задачи:

1. Вывод уравнений динамики поля встречных световых импульсов из малого числа колебаний в однородных изотропных диэлектрических средах с дисперсией линейного показателя преломления и с безынерционной кубичной по полю нелинейностью.

2. Получение аналитических решений выведенных уравнений взаимодействия полей встречных световых импульсов из малого числа колебаний в различных приближениях.

3. Выявление основных закономерностей взаимодействия встречных световых импульсов из малого числа колебаний в однородных изотропных диэлектрических средах с безынерционной кубичной нелинейностью.

4. Вывод выражения, описывающего параметры излучения, отраженного от металлического зеркала с прозрачным нелинейным диэлектрическим слоем, в котором происходит взаимодействие падающего на зеркало и отраженного от него излучения.

5. Выявление основных закономерностей отражения световых импульсов из малого числа колебаний от металлического зеркала с прозрачным нелинейным диэлектрическим слоем, обусловленных взаимодействием в слое световых импульсов.

Методы исследования:

Теоретические задачи, поставленные в рамках данной работы, решались на основе нелинейных уравнений динамики непосредственно поля световых импульсов, а не их огибающих. В силу скоротечности взаимодействия встречных волн из малого числа колебаний использовались итерационные методы решения выведенных уравнений. Численное моделирование аналитически полученных решений уравнений динамики поля встречных импульсов из малого числа колебаний было выполнено в программном пакете Matlab при использовании известных численных методов дифференцирования и интегрирования. Экспериментальное подтверждение наблюдаемости  теоретически изучаемых явлений было осуществлено с помощью 40 фc импульсов Ti:S лазера.

Защищаемые положения:

1. Выведены уравнения эволюции полей встречных световых импульсов из малого числа колебаний при их взаимодействии в однородных изотропных диэлектрических средах с нерезонансной дисперсией линейного показателя преломления и безынерционной кубической нелинейностью. Показано, что для импульсов с большим числом колебаний полученные уравнения переходят в известные уравнения взаимодействия встречных квазимонохроматических волн.

2. Показано, что в нелинейных средах с размерами большими области взаимодействия импульсов фазовый сдвиг по каждому импульсу, пропорциональный энергии встречного импульса, сопровождается смещением «центра тяжести» его спектральной плотности в коротковолновую область тем большим, чем меньше колебаний в импульсе.  3. Показано, что в нелинейных средах с размерами меньшими области взаимодействия импульсов и размещенных симметрично центру взаимодействия импульсов возможна генерация излучения комбинационных и кратных частот, энергия которого по отношению к энергии исходного сонаправленного ему импульса при неизменной максимальной интенсивности взаимодействующих волн увеличивается при уменьшении числа колебаний в импульсе. При уменьшении размеров нелинейной среды отношение энергии излучения, генерируемого на комбинационных и кратных частотах, к энергии исходной волны меняется квазипериодически.

4. Выведено аналитическое выражение, описывающее зависимость параметров поля излучения, отраженного от металлического зеркала с прозрачным нелинейным диэлектрическим слоем, от параметров поля падающей на зеркало световой волны из малого числа колебаний и характеристик диэлектрического слоя.

5. Показано, что при отражении импульсов из малого числа колебаний от металлического зеркала с прозрачным диэлектрическим слоем в результате взаимодействия импульсов в диэлектрическом слое при любых его толщинах происходит генерация излучения утроенных частот, отношение энергии которого к энергии падающего на зеркало импульса увеличивается при уменьшении числа колебаний в нем. При уменьшении толщины нелинейной среды зависимость отношения энергии излучения на утроенных частотах к энергии исходного импульса носит квазипериодический характер, причем глубина модуляции и число осцилляций в ней тем больше, чем больше колебаний в импульсе. При больших толщинах отношение энергии излучения утроенных частот к энергии отражаемого импульса становится неизменным.

 Научная новизна работы:

Определяется тем, что в ней впервые:

1. Получены уравнения однонаправленной динамики полей оптических волн из малого числа колебаний, взаимодействующих в прозрачной изотропной диэлектрической среде с кубичной нелинейностью, решения которых являются и решениями полного нелинейного волнового уравнения для таких волн и сред.

2. Обнаружены явления взаимодействия импульсов из малого числа колебаний в нелинейных средах, эффективность которых увеличивается при уменьшении числа колебаний в импульсах.

3. Теоретически и экспериментально изучены особенности пропускания волн из малого числа колебаний нелинейным оптическим устройством, принципы работы которого определяются взаимодействием в нем встречных волн.

Достоверность полученных результатов:

Достоверность полученных теоретических результатов анализа встречных волн из малого числа колебаний в нелинейных диэлектрических средах подтверждается получением из них в предельном переходе к квазимонохроматическим импульсам известных результатов для «длинных» импульсов. Эффект уширения спектра в коротковолновую область при взаимодействии встречных фемтосекундных импульсов в нелинейном диэлектрическом слое на металлическом зеркале подтвержден экспериментально.

Практическая ценность результатов работы:

Выведенная система полевых уравнений динамики встречных световых импульсов из малого числа колебаний при их взаимодействии в диэлектрических средах может быть использована для анализа взаимодействия оптических импульсов любого соотношения длительностей и спектрального состава в том числе со сверхширокими спектрами. Изученные закономерности взаимодействия встречных волн из малого числа колебаний могут быть использованы в системах генерации предельно коротких импульсов на кратных и комбинационных частотах по отношению к исходному спектру сталкивающихся импульсов. Зависимость эффекта генерации излучения на утроенных частотах от толщины диэлектрического слоя, нанесенного на металлическое зеркало, может быть использована для определения длительности предельно коротких по числу колебаний оптических импульсов.

Практическая реализация результатов работы Результаты работы использовались при выполнении проектов в рамках государственных контрактов, грантов РФФИ и аналитических ведомственных программ Министерства образования и науки РФ.

 Апробация основных результатов: Результаты диссертационной работы апробировались на 24 Международных и Российских конференциях:

Международных конференциях молодых ученых и специалистов «Оптика» (Санкт-Петербург, 2005, 2007, 2009, 2011), Международной конференции ICONO/ LAT (Минск, Беларусь, 2007), Международных конференциях LOYS (Санкт-Петербург, 2008, 2010), Международных конференциях «Фундаментальные проблемы оптики» (Санкт-Петербург, 2006, 2008, 2010), Всероссийских школах-семинарах «Волновые явления в неоднородных средах» (Звенигород, Московская область, 2006, 2010) и «Физика и пременение микроволн» (Звенигород, Московская область, 2011), Международных конференциях ICO Topical Meeting on Optoinformatics/Information Photonics (Санкт-Петербург, 2006, 2008), Международной конференции SPIE Photonics West, LASE (San Jose, California, USA, 2008), Международных конференциях Developments in Optics and Communications (Riga, Latvia, 2009, 2010), научнотехнической конференции-семинаре по фотонике и информационной оптике (Москва, 2011), научных и учебно-методических конференциях СПбГУ ИТМО (Санкт-Петербург, 2006, 2007, 2009, 2011, 2012) Публикации:

Основные результаты диссертации изложены в 18 печатных работах, 4 из них в изданиях, рекомендованных ВАК РФ.

Личный вклад:

Научным руководителем была сформулирована цель исследования.

Диссертант принимал участие в постановке и решении задач, обработке, обсуждении и отборе полученных результатов. Все результаты численного моделирования, представленные в работе, а также их анализ, выполнены лично диссертантом.

Структура и объем диссертации:

Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы и приложения. Общий объем диссертации — 104 страницы, включая библиографию из 82 наименований. Работа содержит 25 рисунков, размещенных внутри глав.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обосновывается актуальность работы, сформулированы ее цель, задачи, перечислены научные положения, выносимые на защиту, определена структура работы.

В первой главе приведен обзор известных методов анализа взаимодействия встречных световых волн в нелинейных оптических средах.

 Обсуждены возможности и ограничения метода медленно меняющейся огибающей при изучении взаимодействия квазимонохроматических волн.

Рассмотрены известные полевые и спектральные методы анализа взаимодействия встречных волн, не основанные на применении концепции огибающих. Обоснована актуальность задачи вывода уравнений динамики полей встречных импульсов из малого числа колебаний в нелинейных диэлектрических средах.

Вторая глава посвящена выводу уравнений динамики поля встречных световых волн из малого числа колебаний при их взаимодействии в нелинейной диэлектрической среде и получению их аналитических решений.

В §2.1 выведена система укороченных уравнений динамики поля встречных световых импульсов при их взаимодействии в диэлектрических средах с безынерционной кубичной по полю нелинейностью в виде:

3 E+ N E+ E+ t cg +- a + b E+ dt + = (E + 3E E- + 3E+ E- ) 3 + + z c t t 2 N t - (1) 3 E- N E- E- t cg -+ a - b E-dt - + 3E E+ + 3E- E+ = (E- ) 3 z c t t 2 N t - Эти уравнения описывают эволюцию во времени t поля E+ волны, распространяющейся в положительном направлении оси z, и поля E- волны, распространяющейся ей навстречу, в среде с показателем преломления b 4 n() = N0 + nл(), nл() = ca2 - c, g = – описывает нелинейность 2 cполяризационного отклика среды Pнл = E3, – нелинейная восприимчивость вещества, c – скорость света в вакууме.

Система уравнений (1) была получена из предложенного С.А. Козловым и С.В. Сазоновым для описания в изотропных диэлектрических средах нелинейной динамики волн со спектром в диапазоне прозрачности среды уравнения вида:

2E N0 2E 2N0 4E 2N0 2E-+ a - bE - g = 0, (2) z2 c2 t2 c t4 c tгде E = E+ + E-, на основе требования, что решения укороченных уравнений (1) должны являться также и решениями полного полевого уравнения (2).

В §2.2 показано, что система нелинейных уравнений динамики поля встречных волн (1) в предельном переходе к волнам с большим числом 0 колебаний E+ (z,t) = (z,t)ei( t-k0z) + кс., E- (z,t) = (z,t)ei( t+k0z) + кс., сводится к..

+ известной системе уравнений для огибающих взаимодействующих квазимонохроматических импульсов.

  1 2 2 ++ + ++ i = i + 2 ( + + - ) z vg t 2 t (3) 1 2 2 -- -- i = -i + 2 , (- + ) z vg t 2 t т.е. включает ее в себя как частный случай. В (3) и – медленно + меняющиеся огибающие встречных квазимонохроматических импульсов с 1 k 2k N0 b 3g0c несущей частотой 0, =, 2 =, k() = + a3 -, =.

vg 2 c 8N §2.3 посвящен аналитическому исследованию решений нормированной системы уравнений динамики поля встречных световых импульсов из малого числа колебаний E+ E+ 3E+ 3 2 + - A + B E+dt +G E+ + 3E+ E- + 3E+E- = () z t t3 t - (4) E- 3E+ E3 2 - + A - B E+dt - G E- + 3E- E+ + 3E-E+ = 0, () z t t3 t - 2 ac bcT+2 c2gE+0 2E+c где безразмерные коэффициенты A =, B =, G = = NT+N0 2N0 N0 c позволяют сопоставить вклады в характер динамики полей дисперсии и нелинейности среды. Оценки данных коэффициентов для, например, с3 кварцевого стекла с параметрами N0 =1.45, a = 2.7410-44, b = 3.941017, см c см см3 с см =10-7, n2 = 2.910-16 показывают, что для интенсивностей излучения ВтВт Вт I 1013 при получении аналитических решений системы (4) можно смпренебречь дисперсией линейного показателя преломления. Далее в работе анализировались решения (4) именно для случая, когда нелинейные эффекты доминируют над дисперсионными.

Хотя интенсивность встречных световых волн, при которой не будет наблюдаться разрушение вещества, из-за их предельно коротких длительностей может быть весьма велика, но результаты их столкновения все-таки очень сильными быть не могут из-за скоротечности взаимодействия. Поэтому естественным методом решения уравнений (4) стал метод последовательных приближений Пикара, в котором малым параметром является G. В соответствии с техникой последовательных приближений решение системы (4) может быть записано в виде:

( ( ( E+ = E+0) + GE+1) + G2E+2) +...

( ( ( E- = E-0) + GE-1) + G2E-2) +...

 где нулевое приближение ( ( E+0) z,t = E+0) t - z ( ) ( ) (5) ( ) ( ( ) ( ) E z,t = E_0) t + z _ определяется граничными условиями, в следующем приближении:

z ( ( ( ( E+1) z, = E+1) z0, - E+0) z - z0 3 E+0) E-0) + 2z dz ( )( ( ) ( )- ( ) ( ) () () ( ) z z ( ( -3 E+0) E-0) + 2z dz, ( ) ( ) () () z z = z, = t - z.

(6) z ( ( ( ( E-1) z, = E-1) z0, + E-0) z - z0 + 3 E-0) E+0) - 2z dz + ( )( ( ) ( ) ( ) ( ) () () ( ) z z ( ( +3 E-0) E+0) - 2z dz, ( ) ( ) () z z = z, = t + z.

где первое слагаемое в правой части соотношения (6) характеризует самовоздействие светового импульса, распространяющегося от границы нелинейной среды z0 в положительном направлении оси z, а второе и третье – взаимодействие встречных импульсов в нелинейной среде. Решения (6) приведены в системе координат, движущейся совместно с волной, для которой записано решение.

Третья глава посвящена выявлению основных закономерностей взаимодействия встречных гауссовых световых импульсов из малого числа + 2z 2 ( ) (0) ( колебаний вида E+ () = exp(- )sin(2 ), E-0)(z, ) = exp(- )sin 2 + 2z, ( ) () 2 + E-где = ; E+0, и E-0 – исходные амплитуды взаимодействующих импульсов;

E+T+c +0 - = ; T+c,T-c – их центральные периоды колебаний, + =, = ; +0, - T-c T+c - T+c -исходные длительности импульсов.

В §3.1 проиллюстрированы изменения полей и спектров встречных волн, обусловленных их взаимодействием для случая, когда размеры нелинейной среды больше области взаимодействия импульсов. Рис. 1 иллюстрирует типичные такие изменения.

 а) б) 0.0.5 -0.-0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 -3 -2 -1 0 1 2, отн.ед., отн.ед.

Рис. 1 – Изменения временной и спектральной структуры светового импульса из малого числа колебаний из-за воздействия на него встречного импульса в нелинейной оптической среде с размерами большими области взаимодействия:

( итерационная добавка к спектру g+1) (а), результирующее поле (б). Пунктиром показана временная структура поля и спектр до взаимодействия импульсов.

Из рисунка видно, что вследствие взаимодействия со встречным импульсом происходит фазовый сдвиг по всему полю импульса. «Центр тяжести» спектральной плотности при этом смещается в коротковолновую область. Эти явления связаны с изменением показателя преломления в поле встречной волны, определяются энергией встречного импульса и не зависят от его длительности и спектральной структуры. Генерации излучения новых частот в таких условиях не происходит.

§3.2 и §3.3 посвящены описанию закономерностей генерации волн из малого числа колебаний на утроенных и комбинационных частотах при взаимодействии импульсов одинакового и разного спектрального составов в средах с размерами меньшими области взаимодействия встречных волн.

Показано, что при увеличении числа колебаний во взаимодействующих импульсах доля излучения на утроенных частотах в общем поле, сгенерированном в результате взаимодействия, уменьшается и, соответственно, для длинных импульсов этот эффект является слабым. Рис. 2 демонстрирует типичные изменения временной структуры светового импульса из малого числа колебаний из-за воздействия на него встречного импульса в нелинейной среде с размерами меньшими области взаимодействия.

а) б) 0.-0.0 1 2 3 4 -2 -1 0 1, отн.ед., отн.ед.

 (1) + g, отн.ед.

(0) (1) + + + E = E +GE, отн.ед.

(1) (1) + + E, отн.ед.

g, отн.ед.

в) 0.-0.--3 -2 -1 0 1 2, отн.ед.

Рис. 2 – Изменение временной структуры светового импульса из малого числа T+c колебаний из-за воздействия на него встречного импульса ( = = 1) в T-c нелинейной оптической среде с размерами меньшими области взаимодействия:

итерационная добавка к полю (а) и к спектру (б) импульса, временная структура поля, сгенерированного на утроенных частотах (в). Пунктиром показана временная структура поля до взаимодействия импульсов.

На рис. 3 приведена зависимость отношения энергии излучения, сгенерированного на утроенных частотах, к энергии исходных волн от размеров среды и длительности взаимодействующих импульсов. Осциллирующий характер зависимости, представленной на рис. 3а, определяется числом колебаний встречного импульса, укладывающихся в нелинейную среду.

а) 0.= + -=0.0.= + -=0.=0.5, + -=0.=3, + -=0.0.0.0.0.0.0 1 2 3 4 5 L, длин волн   E ( ), отн.ед.

W /W, отн. ед.

0.- = 0.- = 0.0.0.1 2 3 4 5 6, отн.ед.

+ б) Рис. 3 – Отношение энергии излучения утроенных частот к энергии исходного импульса при неизменной максимальной интенсивности взаимодействующих волн в зависимости от размеров среды (а) и длительности взаимодействующих импульсов (б) Показано, что в результате столкновения импульсов разного спектрального состава помимо излучения на основных (+ и = 2+ ) наблюдается генерация излучения на комбинационных ( 2 -+ = 3+, 2+ + = 4+, 2 ++ = 5+ ) - - частотах.

В четвертой главе рассмотрено отражение световых волн из малого числа колебаний от металлического зеркала со слоем диэлектрика (рис. 4).

Евх Е+(t, z) Е-(t, 0) Е-(t, z) z 0 L Рис. 4 – Взаимодействие встречных световых волн в нелинейном слое диэлектрика на металлическом зеркале В §4.1 выведено аналитическое выражение, описывающее зависимость параметров поля излучения, отраженного от металлического зеркала с прозрачным нелинейным диэлектрическим слоем, от параметров поля падающей на зеркало световой волны из малого числа колебаний и характеристик диэлектрического слоя вида:

  W /W, отн. ед.

tt +2L ( ) ( ) - ( ) Eвх t Eвх t dt Eвх t dt + -2L t t E- ( ) ( ) ( ) 3 0,t =-Eвх t + G 2L t - Eвх 2 t tt +2L (7) t E t Eвх2 t dt Eвх2 t dt ( ) ( ) ( ) вх -2L t t t = t - 2L В §4.2 исследованы основные закономерности взаимодействия световых волн из малого числа колебаний в диэлектрическом слое на металлическом зеркале.

Рис. 5 отображает типичное распределение спектральной плотности отраженного излучения для различных толщин диэлектрического слоя при фиксированной длительности (а) и для разных длительностей входного излучения при фиксированной толщине диэлектрического слоя (б). На вставках показаны временные структуры поля, соответствующие распределению спектральной плотности для L = 0.3, L = 2 для рис.5а и 0 = 0.5, 0 = 7 для рис.5б.

L=--3 -2 -1 0 1 2 t, отн.ед.

L=0.--3 -2 -1 0 1 2 а) 0 =t, отн.ед.

=--10 -5 0 5 t, отн.ед.

=0.--2 -1 0 1 б) L = 0.3+с t, отн.ед.

Рис. 5 – Иллюстрации изменений спектра излучения обусловленных взаимодействием встречных волн в нелинейном диэлектрическом слое при разных его толщинах (до L = 3) при длительности импульса 0 =1 (а) и для разных длительностей входного импульса от 0 = 0.3 до 0 = 7 для слоя фиксированной толщины (б).

 int int int E (t), отн.ед.

E (t), отн.ед.

E (t), отн.ед.

int E (t), отн.ед.

Рис. 6 иллюстрирует зависимость отношения энергии излучения, сгенерированного на утроенных частотах, к энергии исходной волны от толщины диэлектрического слоя и длительности взаимодействующих импульсов.

0.длительность импульса =0.0.0.0.0 1 2 3 4 5 6 L, длин волн а)  0.0.толщина диэлектрического слоя, длин волн 0.0.0.0.1 2 3 4 5 6, отн.ед.

б) Рис. 6 – Отношение энергии излучения утроенных частот к энергии исходного импульса в зависимости от размеров среды (а) и длительности взаимодействующих импульсов для различных толщин диэлектрического слоя (б).

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ И РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ 1. Выведена система уравнений динамики поля встречных световых импульсов из малого числа колебаний в однородных изотропных диэлектрических средах с нерезонансной дисперсией линейного показателя преломления и с безынерционной кубичной по полю нелинейностью.

2. Разработан алгоритм и программа численного моделирования взаимодействия в нелинейных диэлектрических средах встречных импульсов из малого числа колебаний.

  W / W, отн.ед.

W / W, отн.ед.

3. На основе численных расчетов и изучения аналитических решений показано, что в зависимости от соотношения размеров нелинейной среды и области взаимодействия встречных волн из малого числа колебаний существуют два основных сценария их столкновения: когда происходит и не происходит генерация излучения на новых частотах.

4. В нелинейных средах с размерами большими области взаимодействия импульсов фазовый сдвиг по каждому импульсу, сопровождается смещением «центра тяжести» его спектральной плотности в коротковолновую область тем большим, чем меньше колебаний в импульсе.

5. В нелинейных средах с размерами меньшими области взаимодействия импульсов возможна генерация излучения комбинационных и кратных частот, энергия которого по отношению к энергии исходного сонаправленного ему импульса при неизменной максимальной интенсивности взаимодействующих волн увеличивается при уменьшении числа колебаний в импульсе.

6. Выведено выражение, описывающее параметры излучения, отраженного от металлического зеркала с прозрачным нелинейным диэлектрическим слоем, в котором происходит взаимодействие падающего на зеркало и отраженного от него излучения.

7. Исследована генерация волн из малого числа колебаний на утроенных частотах при отражении излучения от металлического зеркала с нелинейным диэлектрическим слоем. Показано, что отношение энергии излучения, сгенерированного на утроенных частотах к энергии падающего на зеркало импульса увеличивается при уменьшении числа колебаний в нем.

ОСНОВНЫЕ РАБОТЫ, ОПУБЛИКОВАННЫЕ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ Статьи в журналах, рекомендованных ВАК:

1. Буяновская Е.М, Козлов С.А. Взаимодействие встречных световых импульсов из малого числа колебаний в нелинейных диэлектрических средах. - Научно-технический вестник СПбГУ ИТМО, 2006, В. 30, С. 97101.

2. Буяновская Е.М., Козлов С.А. Динамика полей встречных световых импульсов из малого числа колебаний в нелинейных диэлектрических средах. - Письма в ЖЭТФ, 2007, Т. 86, В. 5-6, С. 349-353.

3. Буяновская Е.М., Козлов С.А. Закономерности взаимодействия встречных световых волн из малого числа колебаний в нелинейных диэлектрических средах. - Научно-технический вестник СПбГУ ИТМО, 2010, Т.66, №2, С. 23-29.

 4. Буяновская Е.М., Козлов С.А. Взаимодействие встречных световых импульсов из малого числа колебаний в нелинейных диэлектрических средах и генерация излучения на комбинационных частотах в этом процессе. - Оптика и спектроскопия, 2011, Т.111, №2, С. 325-332.

Публикации в других изданиях:

1. Буяновская Е. М., Козлов С. А. Динамика светового поля встречных импульсов из малого числа колебаний при их взаимодействии в нелинейных диэлектрических средах. - В кн.: Сборник трудов IV Mеждународной конференции молодых ученых и специалистов «Оптика-2005», Санкт-Петербург, 2005, С.82-83.

2. Буяновская Е.М, Козлов С.А. Генерация утроенных частот при взаимодействии встречных импульсов из малого числа колебаний в нелинейных диэлектрических средах. - В кн.: Материалы Х Всероссийской школы – семинара «Волновые явления в неоднородных средах», Москва, 2006, С.26-28.

3. Buyanovskaya E.M., Kozlov S.A. Interaction of counter-propogating femtosecond pulses with continuum spectra. – In.: Proceedings of ICO Topical Meeting on Optoinformatics, Saint-Petersburg, 2006, P. 408-410.

4. Буяновская E.M. Динамика светового поля и спектра при взаимодействии встречных импульсов из малого числа колебаний в нелинейных диэлектрических средах. - В кн.: Материалы научной молодежной школы "Оптика-2006", Санкт-Петербург, 2006, C.4.

5. Буяновская Е.М., Козлов С.А. Генерация излучения кратных частот при взаимодействии встречных импульсов из малого числа колебаний в нелинейных диэлектрических средах. - В кн.: Материалы V Mеждународной конференции молодых ученых и специалистов «Оптика-2007», Санкт-Петербург, 2007, C. 44-45.

6. Буяновская Е.М., Козлов С.А. Увеличение эффективности генерации излучения комбинационных частот при сокращении числа колебаний взаимодействующих встречных импульсов. - В кн.: Материалы научной молодежной школы "Оптика-2008", Санкт-Петербург, 2008, C. 147-149.

7. Buyanovskaya E. M., Kozlov S. A. Interaction of intense counter-propagating pulses consisting of few oscillations and different spectral distribution in dielectric media. – In.: Materials of the International Student Conference “Developments in Optics and Communications 2009”, Riga, Latvia, 2009, P.28-29.

8. Буяновская Е.М., Козлов С.А. Закономерности взаимодействия плоских встречных световых волн из малого числа колебаний. - В кн.:

Материалы VI Mеждународной конференции молодых ученых и специалистов «Оптика-2009», Санкт-Петербург, 2009, C. 171-174.

9. Буяновская Е.М., Козлов С.А., Мохнатова О.А. Методические рекомендации по выполнению исследовательских курсовых работ,  научно-технологических практик и выпускных квалификационных бакалаврских работ. – СПб: СПбГУ ИТМО, 2009. - 100 c.

10. Буяновская Е.М., Козлов С.А. Закономерности динамики поля и генерации излучения на комбинационных частотах при взаимодействии встречных световых импульсов из малого числа колебаний в нелинейных диэлектрических средах. - В кн.: Труды научноисследовательского центра фотоники и оптоинформатики, 2009, C. 4455.

11. Buyanovskaya E. M., Kozlov S. A. Laws of generation of radiation on combinational frequencies within the interaction of counter-propagating fewcycle pulses in nonlinear dielectric media. – In.: Materials of the International Student Conference “Developments in Optics and Communications 2010”, Riga, Latvia, 2010, P.17.

12. Буяновская Е.М., Козлов С.А. Закономерности генерации излучения во встречных световых волнах из малого числа колебаний. - В кн.: Труды VI международной конференции «Фундаментальные проблемы оптики» «ФПО – 2010», Санкт-Петербург, 2010, C.170-172.

13. Буяновская Е.М., Козлов С.А. Взаимодействие встречных световых импульсов из малого числа колебаний в нелинейных диэлектрических средах и генерация излучения на утроенных частотах в этом процессе. - В кн.: Труды научно-исследовательского центра фотоники и оптоинформатики, 2010, C.53-66.

14. Буяновская Е.М., Козлов С.А. Генерация излучения на комбинационных и смещенных частотах при взаимодействии встречных световых импульсов из малого числа колебаний в нелинейных диэлектрических средах. - В кн.: Труды Научной сессии НИЯУ МИФИ-2011, Научнотехнической конференции-семинара по фотонике и информационной оптике, 2011, C.136-137.

Тиражирование и брошюровка выполнены в учреждении «Университетские телекоммуникации» 197101, Санкт-Петербург, Саблинская ул., Тел. (812)233 46 69. Объем 1,0 у.п.л.

Тираж 100 экз.

 




© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.