Введение к работе
Актуальность темы. Развитие исследований взаимодействия интерференционного поля когерентного излучения со средами, обладающий кубической нелинейностью, позволило обнаружить интересные нелинейные эффекты, открывшие новые перспективы в решении ряда научных и прикладных задач. Одним из результатов этих изысканий явилось формирование научного направления, получившего название динамической голографии, которое позволило разработать новые методы коррекции пространственной структуры световых пучков, формирования и обработки изображений и временных сигналов. Наибольшее распространение получили методы, основанные на явлении фазового сопряжения Собращения волнового фронта - ОВФЭ. Обе волны Ссигнальная и обращенная) имеет одно и то же пространственное распределение амплитуды и фазы, но распространяются во встречных направлениях. Указанное свойство обращенного пучка позволило использовать явление ОВФ для компенсации фазовых искажений, возникающих в результате распространения световой волны в фазово неоднородной среде, в частности для создания мощных лазерных систем, не чувствительных к оптическому качеству составляющих их элементов. ОВФ в схеме четырехволнового взаимодействия используется для управления пространственно-временной структурой, частотой и поляризацией световой волны, осуществления логических и математических операций, инверсии контраста изображения. Постоянный интерес к подобным исследованиям связан с возможностью привнесения в технику обработки информации преимуществ оптических методов, в том числе, параллельность обработки сигналов, прямое хранение оптической информации и осуществление интегральных преобразований.
Использование резонансных сред в схеме четырехволнового взаимодействия позволило осуществить ОВФ непрерывного лазерного излучения, излучения микро-, нано- и пикосекундной длительности. В зависимости от длительности светового импульса и релаксационных свойств используемого механизма нелинейности мощности излучения варьируются от милливатт до десятков гига-ватт. Практически нет ограничений на длину волны взаимодеяст-. вувщих световых пучков во всем оптическом диапазоне и может
быть реализовано высокое быстродействие, обусловленное малыми временами жизни возбужденных состояний молекул С для красителей rjilO'3- 10_11с).- Для решения ряда практических задач динамической голографии, оптической обработки информации, коррекции пространственно-временной структуры световых полей в'реальном времени представляет интерес разработка методов управления отражательной способностью ОВФ-голограмм. С этой целью исследовалось влияние на процесс формирования обращенной волны электрических и магнитных полей, а также химических "реакций, инициируемых или управляемых лазерным излучением. В данной работе рассматривается запись ОВФ-голограмм в возбужденных резонансных средах. Перевод молекул в возбужденное состояние осуществляется с помощью независимой оптической подкачки в основную полосу поголощения S - S , меняя интенсивность которой представляется возможным управление отражательной способностью ОВФ-голограмм. Реализация четырехволнового ОВФ и оптической подкачки в различных спектральных каналах позволяет использо^-вать для управления обращенной волной световые поля, от которых не требуется высокая степень когерентности и монохроматичности.
Целью настоящей работы является развитие теории динами-ческих ОВФ-голограмм, записанных, при четырехволновом взаимодействии на переходах между возбужденными синглетными S , S2 (триплетними Т , Т ) уровнями .резонансной среды при наличии оптической подкачки в основном канале S - S , установление основных особенностей светоиндуцированного изменения показателя преломления при двухчастотном возбуждении резонансной среды и реализация управления отражательной способностью ОВФ-голограмм с помощью независимого светового пучка.
Научная новизна полученных результатов заключается в сле-дующёмГ"
-Впервые исследована зависимость светоиндуцированого изменения показателя преломления от интенсивности и частоты световых полей как в основном синглетном S - Si, так и в возбужденном синглетном S - S , или триплетном Т - Тг каналах. В условиях двухчастотного возбуждения проанализирован вклад резонансной и тепловой нелинейности, индуцируемой переходами между возбуж-
денными электронными состояниями, в величину фазового отклика ' раствора красителя и выявлены условия немонотонной зависимости показателя преломления возбужденного красителя от интенсивности оптической подкачки.
-* Используя результаты исследования светоиндуцированного отклика красителя при двухчастотном возбуждении, получены и численно решены уравнения, описывающие запись ОВФ-голограмм в возбужденных резонансных средах. Определены условия применения приближения заданного поля подкачки и волн накачки. - Показана возможность и реализовано в растворе красителя родамин 6Ж управление отражательной способностью ОВФ-голограмм с 0 помощью независимой оптической подкачки.
Практическая значимость работы определяется возможностью использования ее результатов в таких разделах науки и техники, как динамическая голография и оптическая обработка информации. Применение управляемых ОВФ-элементов расширяет возможности . решения разнообразных задач обработки пространственно-временной структуры световых полей в реальном времени, компенсации фазовых искажений лазерных пучков.
Самостоятельный интерес для изучения свойств плоских и объемных динамических голограмм, особенностей генерации лазеров с распределенной обратной связью, разработки дифракционных методов нелинейной спектроскопии представляет проведенное в работе исследование светоиндуцированного изменения показателя преломления. растворов красителей в условиях двухчастотного возбуждения. Результаты теоретического анализа ОВФ-голограмм с независимой подкачкой могут быть использованы при создании управляемых "логических элементов с высоким быстродействием.
На защиту выносятся:
1. Результаты теоретического исследования светоиндуцированного
изменения показателя преломления сложных органических соедине
ний, моделируемых трех- и четырехуровневыми схемами в условиях
двухчастотного возбуждения.
2. Теоретическое обоснование возможности управления отража
тельной способностью динамических ОВФ-голограмм, регистрируе
мых в возбужденных трех- и четырехуровневых средах, с помощью
независимой оптической подкачки в основном синглетном канале.
3. Результаты численного анализа отражательной способности
ОВФ-голограмм при ЧВВ в условиях нелинейного поглощения све
товых полей в объеме среды, условия применимости приближения
заданного поля подкачки и волн накачки.
4. Результаты теоретического и экспериментального исследования
отражательной способности ОВФ-голограмм, записанных на перехо
дах между возбужденными уровнями красителя родамин 6Ж.
Апробация работы. Основные результаты диссертации докладывались її обсуждались на X Международном семинаре "'Лазеры и оптическая нелинейность" (Вильнюс, 1992 год), семинарах кафедры лазерной физики и спектроскопии Белгосуниверситета. По материалам диссертации были опубликованы две статьи.
Объем и структура работы. Диссертация состоит из введения, двух глав, заключения и списка литературы, включающего 114 наименований. Работа изложена на 103 страницах (в том числе 29 рисунков).
