17689

Самофокусування світла

Доклад

Физика

Самофокусування світла Самофокусування світла це ефект самовпливу що виникає при розповсюдженні в нелінійному середовищі інтенсивного світлового пучка що має обмежений поперечний переріз. Розглянемо феноменологічне матеріальне рівняння де поляризованість...

Украинкский

2013-07-05

33.92 KB

28 чел.

Самофокусування світла

Самофокусування світла – це ефект самовпливу, що виникає при розповсюдженні в нелінійному середовищі інтенсивного світлового пучка, що має обмежений поперечний переріз.

Розглянемо феноменологічне матеріальне рівняння  де  – поляризованість, ϰ – сприйнятливість. Основний вклад в поляризованість середовища на частоті ω дають перший і третій члени, що мають лінійну і кубічну сприйнятливості. Наявність члена з  в поляризованості на частоті ω еквівалентна появі в діелектричній проникності, а отже і в показнику заломлення , доданку, що пропорційний квадрату амплітуди , тобто інтенсивності світлової хвилі: , де  – показник заломлення, що фігурує в лінійній оптиці (тобто при малих інтенсивностях світла);  - залежний від середовища показник заломлення, що виражається через . З останнього рівняння слідує, що обмежений інтенсивний пучок світла робить середовище оптично неоднорідним. В межах пучка, де , показник заломлення буде іншим, ніж поза ним, де .

Як відомо, промінь в неоднорідному середовищі відхиляється від прямолінійного напрямку в бік більших значень показника заломлення. В результаті виникає явище самофокусування (при n2 > 0) и дефокусування (при n2 < 0).

Розглянемо світловий пучок, що входить в однорідне середовище з однаковою по всьому перерізу амплітудою (див. малюнок).

Тоді в середовищі під дією пучка утворюється якби стержень із речовини з більшим показником заломлення. Промені, що розповсюджуються в такому «стержні» під малими кутами відносно його осі, зазнають повного внутрішнього відбивання.   Граничний кут ПВВ θ0 визначається співвідношенням . При малих кутах: , тому  . Нахилені до осі пучка промені виникають в результаті дифракції при обмеженні діафрагмою його поперечних розмірів, причому максимальний кут дифракції θдиф по порядку рівний   , де a – поперечний розмір пучка, λ0 – довжина хвилі у вакуумі. При θдиф > θ0 пучок світла при розповсюдженні розширяється через дифракцію, але це відбувається повільніше, ніж у лінійному середовищі. При θдиф = θ0 ПВВ повністю компенсує дифракцію і площа перерізу пучка залишається сталою. Такий режим називається самоканалізацією світлового пучка. Прирівнюючи вирази для θдиф і θ0 , знайдемо порогове значення амплітуди:   . Звідси за відомим значенням n2 для даного нелінійного середовища можна оцінити мінімальну потужність світлового пучка, необхідну для спостереження цього явища. У випадку сірковуглецю (CS2) і рубінового лазеру (λ0 = 694,3 нм)  Рmin ≈ 20 кВт.

В реальних світлових пучках інтенсивність, а отже і показник заломлення, зростають від краю до осі пучка. Тому при перевищенні порогової потужності промені викривляються в сторону осі і концентруються в області більшої інтенсивності, тобто нелінійне середовище поводить себе як об’ємна збиральна лінза, фокус якої знаходиться на деякій відстані від входу пучка в середовище, яка пропорційна початковому радіусу пучка і обернено пропорційна кореню квадратному його інтенсивності. По мірі наближення до фокусу промені все більше викривляються, тобто самофокусування має лавиноподібний характер. В потужному світловому пучку вслід за першим фокусом може з’явитися ряд наступних, причому з ростом потужності їх кількість збільшується і вони наближаються до місця входу пучка в нелінійне середовище. У випадку коротких світлових імпульсів фокуси можуть рухатися із швидкостями, близькими до швидкості світла.   


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

47746. Валютные операции и валютное регулирование 1.02 MB
  Валютная политика представляет собой совокупность мероприятий, проводимых ЦБ страны и другими государственными органами в сфере валютных отношений и денежного обращения, с конечной целью воздействия на экономику страны и покупательскую силу национальной валюты
47747. Художественные стилевые направления в искусстве 814 KB
  Греческий а затем и латинский язык произведения искусства мифология философия научные открытия стали неотъемлемой частью европейской а во многом и мировой культуры ее историей и географией. Характер античной культуры и античного искусства складывался стремительно Если в Египте в течение нескольких тысячелетий мы наблюдаем по сути дела неизменный образ жизни и мышления человека то Греция за несколько веков проделала...
47748. Понятие и предмет криминологии 1.44 MB
  Преступность в различных ее проявлениях включает: индивидуальное преступное поведение; отдельные виды преступности выделяемые по объекту посягательств экономическая государственная и т. в причины и условия преступности объединяемые родовым понятием криминогенные детерминанты представляют собой совокупность социально негативных экономических демографических идеологических социальнопсихологических политических организационноуправленческих явлений которые порождают и обусловливают детерминируют преступность как свое...
47750. Електричні властивості металів і сплавів і методи їх дослідження 95 KB
  Електричні властивості металів і сплавів і методи їх дослідження. Електроопір металів і сплавів його залежність від температури та структури сплавів. Природа електроопору металів. В основу вивчення електричних властивостей металів і сплавів покладено закон Ома де i це сила струму U напруга R електроопір.
47751. ІНФОРМАЦІЙНІ ТЕХНОЛОГІЇ 177.5 KB
  Ідея наділити подібні інструменти інтелектуальністю матеріалізувалася в 1940х роках у вигляді компютера який використовує електронний носій інформації залишаючи напір лише для представлення даних у більш зручному вигляді. Основні риси людської інформаційної цивілізації: 1 зміна основного предмета праці в суспільному виробництві приводить не до спаду виробництва а до зростання його ефективності за рахунок застосування передових технологій роботизації й підвищення кваліфікації працюючих збільшуючи одночасно масу вільного часу громадян...
47752. Инвестиции. Понятие об инвестициях 271 KB
  Можно выделить 3 варианта: 1 активные инвестиции 2 и 3 пассивные инвестиции Этапы реализации инвестиционного проекта. Предварительная подготовка проекта. Это решается после разработки бизнесплана предполагаемого инвестиционного проекта. Бизнесплан инвестиционного проекта имеет определённую структуру которая зависит от специфики реализуемого бизнеса и масштабов проекта.
47753. История зарубежной журналистики 867.5 KB
  После возникновения книгопечатания печатные газеты вытесняют рукописные листки новостей периодическая печать в XVIXVIII веках является в 3 основных типах еженедельная и ежедневная газета журнал. Сегодня она распространяется по всей стране как и некоторые другие газеты. К качественной прессе кроме Таймса можно отнести ежедневные газеты Дейли телеграф Ежедневный телеграф 1855 год основания Гардиан Страж 1821 Файнэншл Таймс Финансовое время 1888 Индепендент Независимый. Период 18701914 годов отмеченным...
47754. ОСНОВЫ ПРАВА. КОНСПЕКТ ЛЕКЦИЙ 842.5 KB
  Это потребует высокопрофессионального состава юристов и достаточной правовой грамотности государственных служащих и других лиц, занятых юридической и иной деятельностью