Введение к работе
Актуальності, темы. Открытие на рубеже 80-х годов ряда неожиданных эффектов в поведении электронной проводимости металлов — слабой локализации рассеянных электронных ноли и универсальных флуктуации кондактаиса малых металлических образцов — заставило по-новому взглянуть на роль интерференции при многократном рассеянии и стимулировало поиск новых когерентных эффектов при транспорте волн различной природы в средах- с беспорядком.
В отличие от электронов, для которых заметную роль могут играть разрушающие интерференцию взаимодействия, условия наблюдения когерентных эффектов для снега оказываются более благоприятными. Фазовая когерентность волн при упругом рассеянии в неупорядоченных средах сохраняется на макроскопических расстояниях, а использование таких источников как лазеры создаст уникальную возможность исследовать самые тонкие эффекты.
С момента экспериментального обнаружения в 1984-1985 годах эффекта, когерентного усиления обратного рассеяния — проявления слабой локализации света при отражении от неупорядоченных образцов — наблюдается неослабевающий интерес к исследованию фундаментальных закономерностей многократного рассеяния классических волн (света, излучения микроволнового диапазона, звуковых волн) в случайных средах. Выполнено значительное число экспериментов по исследованию когерентного обратного рассеяния света от различных сред (неупорядоченных ансамблей субмикронных частиц, двумерных систем, жидких кристаллов и биологических тканей). Экспериментально изучены корреляции и статистика флуктуации интенсивности в сне-клах, образовашшых многократно рассеянным излучением.
Интенсивные экспериментальные исследования стимулируют теоретические работы, цель которых понять статистические закономерности распространения волн в неупорядоченных средах и установить количественную взаимосвязь между параметрами наблюдаемых явлений и характеристиками среды. Изучение интерференционных явлений представляет собой важную задачу также и с практической точки зрения, поскольку может оказаться актуальным для разработки методов определения транспортных свойств, структурных особенностей
счльно-неоднородиых систем, характеристик режима распространения боли в этих средах (в частности, таким путем предпринимаются попытки обнаружить порог локализации электромагнитных волн).
Целью диссертации яиляется изучение интерференционных явлений в интенсивности обратного рассеяния И в корреляциях флуктуации интенсивности, формулировка и решение основных уравнений, описывающих когерентные эффекты при многократном рассеянии волн и частиц в 3D и 2D неупорядоченных'средах. : ' -
Научная нопизна. В диссертации для ряда задач впервые получе
ны точные аналитические решения, развит новый метод вычисле
ния спектра и корреляционной функциии флуктуации интенсивности,
предсказаны новые качественные эффекты в угловом распределении
обратпорассеянных волн и із дальних корреляциях флуктуации интен
сивности. .'..
В работе впервые получены следующие результат.
Найдено точное решенче задачи о когерентном усилении обратного
рассеяния скалярных волн от неупорядоченных 3D- и 2D:chctcm цен
тров малого радиуса. Изучены обусловленные конечное краткостью,
рассеяния особенности углового распределения воли при отражении
стационарного и-импульсного потоков. .
В модели центров малого радиуса изучены проявления нарушающих инвариантность относительно обращения времени взаіімодеїістии/і при когерентном обратное рассеянии волн и частиц. Найден углоноП спектр когерентного обратного рассеяния частиц со сниноді л = 1/2 \ при магнитном и сшш-орбнталыюм взаимодействиях в неуиорядочеп-ной среде. В уі'ловоіі зависимости плотности потока обратнорассеяи-ных частиц предсказана тонкая структура, которая зависит от взаимной ориентации спинов падающих и рассеянных частиц, а 2D случае — и от ориентации спина частиц относительно плоскости их движения. Вычислена частотная зависимость интерференционной составляющей интенсивности обратного рассеяния от системы с динамическим беспорядком. Получено решение задачи о когерентном обратном рассеянии заряженных частиц от неупорядоченных систем во внешнем магнитном иоле. Предсказано проявление эффекта Ааропопа--Бома'и виде смещения пика обратного рассеяния относительно направления "точно-назад1' на величину, пропорциональную среднему значению
магнитного потока через контур, образовании!) траекториями частиц в среде.
Развит основанный на транспортных уравнениях теоретический подход к вычислению спектра и корреляционно!! функции флуктуації!) интенсивности п спеклах, позникшоїцих при многократном рассеянии когерентного излучения н неупорядоченных средах с сильными дискретными нсоднородностямн. Дана классификация различных физических механизмов возникновения крупномасштабных флуктуації!) интенсивности. Построена теория флуктуации интенсивное гн н С])едах с крупномасштабными дискретными нсоднородностямн при резко анизотропном — малоуглоном многократном рассеянии. Предсказаны качественные изменения формы спектра флуктуации в ноглоіцаїоїцпі) среде. Исследованы пространственные, частотные и угловые корреляции флуктуации интенсивности при диффузном отражении когерентного излучения от неупорядоченной среды. Предсказан эффект отрицательной корреляции флуктуации отраженно!'! интенсивности.
Предсказаны новые качественные особенности и интерференционных явлениях при сильном внутреннем отражении волн от границ среды: изменение формы углового спектра когерентного обратного рассеяния от конечного слоя, подавление корреляции между потоками на разных частотах, изменения' в пространственно!) зависимости дальних корреляции интенсивности при отражении п прохождении волн.
Научная и практическая значимость работы. Развитая в диссертации основанная на решении транспортных уравнении теория интерференционных явлении не только дает эффективные методы вычисления характеристик распределения волн при различных режимах многократного рассеяния, но и расширяет сложившиеся представления о наблюдаемых проявлениях интерференции волн н неупорядоченных средах. Полученные в диссертации результаты указывают на существование новых аффектов в угловом распределении обратнорас-сеянных волн и в дальних корреляциях флуктуации интенсивности и являются принципиально важными Для теории распространения-воли в случайных средах. Результаты диссертации могут быть использованы для количественной интерпретации данных экспериментов но распространению -электромагнитных волн в неупорядоченных средах < дискретными нсоднородностямн и могут наЛтп применение при ра'іра-
ботке оптических методов исследования различных рассеивающих сред (суспензий, коллоидных растворов,' биологических тканей и др.). Основные положения, выносимые на защиту:
-
Теоретическое описание углового спектра когерентного обратного рассеяния скалярных волн от неупорядоченных 3D- и 2)-систем центров малого радиуса.
-
Теоретическое описание когерентного обратного рассеяния при нарушающих инвариантность относительно обращения времени взаимодействие — рассеянии частиц с переворотом спина, движении заряженных частиц п магнитном поле.
-
Теория флуктуации интенсивности в средах с крупномасштабными дискретными неоднородностями при резко анизотропном — ма-лоугловом — многократном рассеянии. Предсказание качественного _ изменения формы спектра флуктуации в поглощающих средах.
-
Метод вычисления спектра и корреляционной функции флуктуации интенсивности в неупорядоченных средах с сильными дискретными неоднородностями при произвольном угловом распределении излучения.
5. Теория пространственных, частотных и угловых корреляций ин-
. тенсивности при диффузном отражении когерентного излучения от
неупорядоченной среды.
Публикации и апробация результатов/ По теме диссертации опубликовано 27 работ. Основные результаты диссертации опубликованы в работах [1]—[17] и докладывались на X Всесоюзном симпозиуме по дифракции и распространению волн (Винница, 1990), XI Всесоюзном симпозиуме по распространению лазерного излучения в атмосфере и водных средах (Томск, 1991), Международной конференции ио высокотемпературной сверхпроводимости и явлениям локализации (Москва, 1991), научных семинарах ИАЭ им.Курчатова, ИПМ им.Келдыша. Института кристаллографии РАН и других организаций.
Структура и.объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, пяти приложений и списка литературы из 213 наименований. Общий объем диссертации составляет 219 страниц и включает 33 рисунка.
