Введение к работе
Актуальность темы. Геометрическая фаза (фаза Берри) является в настоящее время объектом интенсивных физических исследований. Ей посвящена обширная литература по квантовой механике, оптике и другим областям физики. D оптике геометрическая фаза известна давно как поворот плоскости поляризации вдоль непланарного луча в неоднородной изотропной среде (1.3-91. Развитый нами гамильтонов формализм (гамильтониан спин-орбитального взаимодействия фотона) позволяет лучше понять физическую природу геометрической фазы в оптике, и. что особенно ценно, предсказать новый физический эффект - оптический зффект Магнуса. Принципиальный интерес представляют полученные нами уравнения геометрической оптики- с учетом спин-орбитального взаимодействия фотона. .
Предсказанная н^ми зависимость эффективного показателя преломления обыкновенной волны в нематике от направления распространения из-за флуктуации ориентации директора особенно интересна в связи с обнаруженным недавно эффектом повышенной прозрачности нематика для обыкновенной, -волны 111.123 и. как следствие этого, открывшейся еозможносты) работы с толстыми ( ~ 5мм) ячейками жидкого кристалла.' В таких толстых ячейках наш эффект может быть обнаружен. Принципиальное значение имеет решенная нами общая задача вычисления эффективной диэлектрической проницаемости анизотропной среды при наличии произвольных анизотропных флуктуации как в электростатике, так и в электродинамике.
Цельв настоящей диссертационной работы является: Вычисление величины поперечного сдвига циркулярно-поляриэованного луча (волнового пакета) при преломлении на границе двух сред с малым перепадом показателя преломления. Вывод уравнений геометрической оптики с учетом поперечного сдвига луча. Получение гамильтоновой формулировки уравнений геометрической оптики с учетом поперечного сдвига луча и геометрического (Рыговского) поворота плоскости поляризации: вывод гамильтониана спин-орбитального взаимодействия фотона в оптически неоднородной локально-изотропной среде. Вывод аналогичного гамильтониана в волновой оптике в первом пост-параксиальном приближении. Вычисление величины поворота спекл-картины циркулярно поляризованного излучения в световоде при смене знака циркулярное поляризации Септический эффект Магнуса) как в волновой, так и в геометрической оптике.
Вычисление эффективной диэлектрической проницаемости оптически анизотропной среды с анизотропными флуктуациями как в электростатике. так и в электродинамике. Вычисление дифференциального коэффициента экстинкции и поправки к фазовой скорости распространения обыкновенной волны в нематике из-за термодинамически равновесных флуктуации ориентации директора..
Э диссеотациионной работе защищаются:
вывод уравнений геометрической оптики в оптически неоднородной локально изотропной среде с точность!) до членов порядка AVft;
гамильтонов формализм для этих уравнений (вывод гамильтониана "спин-орбитального взаимодействия" фотона):
вывод эрмитового ' оператора "спин-орбитального взаимодействия" фотона в волновой оптике;
предсказание и вычисление поворота спекл-картины в световоде при переключении поляризации излучения с правой круговой на леву» круговую (оптический аналог эффекта Магнуса};
обоснование единой физической природы эффектов геометрического поворота плоскости поляризации ("Рьгговский поворот") и поперечного сдвига циркулярно поляризованного луча ("оптический эффект Магнуса") как проявлений единого спин-орбитального взаимодействия фотона;
обоснование геометрической природы эффекта поперечного сдвига луча и наличия такового эффекта для любых поперечных волн в неоднородных локально изотропных средах;
обобщение известной злеістростатической формулы для эффективной диэлектрической проницаемости среды с флуктуациями (см. 11),9)"на случай анизотропной среды с анизотропными тензорными флуктуациями диэлектрической проницаемости;
- вывод поправки к эффективной дифэлектрической проницаемости
С вещественной и мнимой части- Яс) из-за флуктуации в
электродинамике;
вычисление соответствующих поправок для нематика с термодинамически равновесными флуктуациями "директора: расчет зависимости дифференциального коэффициента экстинкции о-волны от направления наспространения. предсказание и вычисление зависимости фазовой скорости о-волны от направления
распространения из-за флуктуации директора;
і Научная ценность работы состоит
- в теоретическом предсказании ' (подтвержденном впоследствии
экспериментом) эффекта поворота спекл-картины в световоде при
переключении поляризации излучения с правой круговой на лезул
крутовуи ("оптический эффект Магнуса", "оптический пинг-понг-эффект") ;
в обосновании и выводе гамильтоновьи уравнений геометрической оптики сточностье до членов порядка AVfi;
в обосновании единой природы эффектов геометрического поворота плоскости поляризации и поперечного сдвига циркулярно поляризованного луча как проявлений спин-орбитального взаимодействия фотона в оптически неоднородной среде;
в обосновании геометрической природы эффекта поперечного сдвига луча и предсказании наличия такого эффекта для любых поперечных волн в неоднородных локально изотропных средах;
- в выводе эрмитового оператора возмущения для вычисления
поляризационных поправок в параксиальной волновой оптике;
в обобщении известной электростатической формулы для
эффективной диэлектрической проницаемости среды с флуктуациями
для случая анизотропных тензорных флуктуации диэлектрической
проницаемости; «
в выводе, поправки к эффективной диэлектрической проницаемости (вещественная и мнимая часть Sc) среды с флуктуациями .в электродинамике; . .
в предсказаний эффекта угловой зависимости фазовой скорости о-волны в нематике из-за термодинамически равновесных флуктуации директора. ...
Практическая ценность работы состоит в том, что
- предсказан новый оптический эффект взаимодействия поляризации с
пространственной структурой излучения ("оптический эффект
Магнуса"), позволявший понять некоторые поляризационные
особенности распространения света в многомодовых световодах;
показано, что предсказанный нами эффект поперечного сдвига луча при преломлении имеет геометрическую природу и существует для любых поперечных волн в неоднородной локально изотропной среде, например для поперечных сейсмических волн (наши геометрооптические уравнения применимы и в этом случае);
полученные; нами общие формулы для эффективной дилектрической проницаемости среды с анизотропно распределенными тензорными флуктуациями могут быгь полезны при рассмотрении рэлеевского рассеяния света в волоконных световодах (в связи с проблемой минимизации потерь);
предсказанный эффект зависимости фазовой скорости о-еолны в нематике от направления распространения приобретает практический интерес в связи с использованием толстых С ~ 5мм) ячеек жидкого кристалла, что возможно благодаря повыпенной прозрачности нематика для о-волны (11.121.
Публикации. Основные результаты диссертации опубликованы в 5 научных статьях.
Апробация работы. Материалы диссертационной работы докладывались на XIV Международной конференции по когерентной и нелинейной оптике КиН0'91. г. Санкт-Петербург, обсуждались на научных семинарах в.Физическом институте им. П.Н.Лебедева РАН. Институте общей физики РАН.'Институте электрофизики УрО РАН.
Структура и объем диссертации. диссертация состоит из четырех глав. Она содержит 13 рисунков и библиографию из 38 .наименований. Полный объем диссертации -Ш страниц.
