Введение к работе
Актуальность темы, Под термином "автсволпозэй процесс" (АВП) следует понимать самоподдерживающийся волновой процесс, сохраняющий свои характеристик! неизменными за счет распределенного в среде источника энергии. Среда, в которых проистекают АВП, называются автоволновнми (ABC) [1]. Автоволновой сродой может являться объект, изучением которого занимается физика, химия или биология, при этом математическое описание ABC разной природы <часто бивзы похоким, и таким образом ЛВС разной природы можно классифицировать по общим признакам. Принята еле думая классификация простейших АВП: Процесс переключения в бистабильных и мулътистабилъшх нелинейных средах, переводящий среду из одного состояния в другоа, называется "бегущий фронт" (такие среды иногда называют трштерными). Динамика таких ЛВС математически описывается с помощью одного уравнения. Существуют автоволновыэ среда, которые после возбуадения релаксируют к своему первоначальному состоянию, в таких средах возбуждение шкот многократно проходить через одга и тот яв объем среды (такие среды иногда зазывают автоколебательными). Процесс передачи возбуждения в
автоколебательных ABO получил казраниэ "бегущий импульс". Для реализации такой прострваствзнкой динамики необходимо наличие в АС двух конкурирующих процессов, поэтому эти среды называются двухкомпошнтными.
Автоколебательные азтоволновыэ среда представляют большой интерес для исследователей, так как многие процессы в биологии, химии и других областях естествознания ыошю расшагривать как АВП "бегущий импульс" (например, цроцосс передачи возбуждения в иершом волсішз, пространственные автоволновые явления в химических растворах при реакции Белоусова-Жаботинского [1], [4]). Относительно недавно АВП такого типа были обнарукены в объектах, изучением которых традиционно занимается физическая оптика. К таким объектам гакно отнести интерферометр Фабри-Перо с полупроводниковым оптически-нолинейным слоем. В [2] показано, что в распределешш интенсивности света, выходящего из такого интерферометра, могут существовать волны в виде бегущих импульсов.
Таким образом мояно утверждать, что изучение динамики о:.глч9ских .автоволновых сред актуально по следующим причинам: 5. Исследование оптических автоволновых сред позволяет глубже понять динамику АВП таг.ого типа.
-
Построение оптических автоволновых сред позволяет приманить математический аппарат синергетики к обьэктам физической оптики, и таким образом объединить метода оптики И синергетики.
-
Полученные в результате таких исследований данные ыоано использовать при создании систем управления лазерным
излучением, устройств оптической связи, оптических систем обработки информации, основанных на новых физических принципах [4]. .
Для практического создание оптических АБС необходимо применение оптически-нелинейных элементов [4]. Существующее сегодня оптически-нелинейные материалы требуют больших штэнсивностей света в установке, что осложняет экспериментальные исследования. Альтернативный путем создания оптических -ЛВС является моделирование оптических нелинейностей о помотцъв оптически-управляемых модуляторов света на основе структур фотопроводник - кидкий кристалл, в частности, структур типа маталл-дазлектрш-полупровопшж-кидкий-крксталл (Г.ЩП-Ж), и структур типа полупроводник-ЯК (ПП-ЗЖ) [5]. Применение Ш-Ш структур в качестве элзмонтов оптических активных сред позволяет проводить исследования используя излучение Не-Ко лазора л, кроме того, позволяет наблюдать динамику процессов в реальном времени. Кроме того, методика построения систем на основе ФП-ЕК структур, в такке методы математического описания динамики этих устройств могут быть использована прп создапии оптических моделей более сложных типов автовояпоЕых сред, а теки? при изготовлении и моделирования оптических устройств другого типа (резонаторов, корреляторов, систем ОБФ, п т.д.).
Целью работы являлось :
- теоретическое моделирование динамики ПВНС на основе ФП-ffiC структур, а также оптических систем, использующих эти прибора.
- разработка экспериментальных методик исследования свойств ЕШС такого типа.
боздание и исследование оптической модели двухкомпонентной овтоволновой среда, использующей ПВМС на основе ФП-КК структур.
Научная новизна и практическая ценность работы.
Предложена простая математическая модель, описывающая динамику слоя немэтического ЖК во внешнем электрическом поле. Модель качествено описывает бифуркацию угла поворота молекул ЖК при влектроиндуцированном аффекте Фредерикса, а также динамику Ж слоя в переменном электрическом поле. Предложенная модель использована для описания электрооптических S- и т-эффекта в ЖК choe и электрических характеристик ЖК слоя.
Теоретически разработана и экспериментально проверена / математическая модель слоя фотопроводника ЇП-ЖК структуры, упитывающая электрическую нелинейность его электрического сопротивления, которая покат быть использована при описании ^.шамики ЦЦП-ЖК структур» работающих в рекимэ фильтрации динамических элементов изображения [7].
Разработано новое математическое описание ПВМС на основе ФП-ЯК структур, которое может быть использовано для моделирования оптических схем, использующих эти модуляторы.
Предложена експериментальная методика измерения оптических свойств ПВМС на основе ФП-ЖК структур, которая позволяет определять как статические, так и динамические характеристики этих приборов.
Предложена методика исследования зависимости электрического сопротивления МШ-ЖК структури от частоти и напряжения питания, которая позволяет определить электрические параметры слоев структуры и, таким образом, получить дополнительную информацию о физических процессах, протекающих в этих приборах.
Экспериментально реализовано и теоретически исследована модификация нелинейного инторфэро?,?отра Фабри-Гэро с встроенной МДП-ЖК структурой, в которой наблюдаются поперечные оптические автоволноБые динамические процессы типа "бегущий импульс". Интерферометр может быть использован для лекционной демонстрации АВП.
. Исследована оптическая схема, включавдая два модулятора интенсивности на основе ФП-Ж структур моделирующая щзухкомпонентную автоволновух» среду. Это устройство позволяет ісследоаать широісий класс автоволновых процессов, в частности, различные разновидности АВП в виде бегущих импульсов. Трименение двух ПВМС увеличило стабильность оптических звтоволновых процессов, а также повысило гибкость системі*, в делом, что позволило провести экспериментальные исследования гоколъных характеристик оптической автоволновой срэдн и фавнить их с теоретическим описанием.
Предлонешшо в работе методики исследования модуляторов югут быть использованы при промышленном производственном гантролэ ПВМС.
Защищаемые положения. В оптических схемах, построенных на основа ФП-ЖК
структур, возможно существование поперечных автоволновых
процессов типа "бегущий импульс". Такой тип динамики возникает
вследствие конкуренции-двух процессов с различным! временными
масштабами.
г. Предложенная в диссертации математическая модель Ж
слоя может Сыть использована для описания динамики оптически-
улравляемых модуляторов света на основе структур фо'кягроводник-
JEK.
3. Необходимые для математического моделирования
электрические параметры слоев' ЫДП-ЖК сруктуры, могут быть
определены в результате исследования зависимости импеданса
структуры от управляющей интенсивности и параметров напряжения
питания по предложенной в диссертации оригинальной методике.
Апробация результатов работы.
Основные результаты работы докладывались на международной конференции по голографии, корвляционной оптике и регистрирующим материалам (К00 & вы, Украина, Черновцы, 1993), на научном семинаре НИИРЭ. РАН (Москва, 1993), а также на научных семинарах кафедры общей физики и волновых процессов физического факультета МГУ (Москва, 1992).
Публикации.
По результатам диссертации опубликовано 5 работ, список которых приведен в конце автореферата.
Структура и обьем диссертации.
Диссертация, изложена на 113 страницах машинописного
текста. Она состоит из взэдэния, четырех глав, заключения и спистса литературы из 51 наименования, содержит 50 рисунков.
