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

22 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

85540. Підсумок за темою: «З любов’ю до рідної землі» 37 KB
  Мета: викликати інтерес до читання творів, удосконалювати навички свідомого читання, розуміння прочитаного, оволодівати лексикою і фразеологією української мови; розвивати спостережливість; вчити логічно мислити, аналізувати...
85541. Урок Доброти за творами В.О. Сухомлинського 53.5 KB
  Обладнання: Крилаті вислови прислів’я про доброту твори В. Творити повсякчас добро для інших – це велике покликання людини. Тож хочу наш урок позакласного читання розпочати такими словами: Живи добро звершай Та нагород за це не вимагай Хай оживає істина стара: Людина починається з добра Саме цей вислів Людина починається з добра є темою нашого уроку ДОБРОТИ.
85542. Життя і творчість М. Рильського М. Рильський. Не кидайсь хлібом 69.5 KB
  Мета: Продовжити знайомити дітей із творчістю українського письменника М. Виховувати почуття поваги до праці хлібороба бережне ставлення до хліба. Давайте розшифруємо що ж хотіли хлопчаки нам сказати НЕ кидайсь хлібом IV Повідомлення теми та мети уроку Цими словами розпочинається ще один вірш...
85543. З думкою про канікули. Правила поведінки під час масових заходів 63.5 KB
  Мета: Навчати учнів бачити, відчувати створені словами образи природи; удосконалювати техніку читання віршованих та прозових творів, насичених діалогами. Вчити свідомо сприймати художні тексти, визначати головну думку в прочитаному творі.
85544. Як по-різному звучать мелодії природи... С. Жупанин «Мелодії природи». О. Олесь «В небі жайворонки в’ються» 81.5 KB
  Вправи для підвищення швидкості читання і розвитку мовлення Творче завдання Розвиток зв’язного мовлення. Співи яких птахів ви чуєте Який настрій викликає у вас щебетання пташок 2 Самостійне читання учнями тексту на с. Читання слів знизу вгору. Читання слів у парі римовані слова.
85545. Т.Г.Шевченко – поет, художник, патріот 144.5 KB
  Шевченка вчити сприймати зміст поезії на слух відображати його в малюнках викликати бажання розповідати вивчені вірші й слухати нові показати барвистість красу рідної мови її мелодійність; розвивати пам’ять увагу спостережливість поповнювати словниковий запас учнів; виховувати милосердя доброту любов...
85546. Уроку позакласного читання «Людина починається з добра» 88 KB
  Розширити знання дітей про життя і творчість В.Сухомлинського; формувати оцінні судження щодо ознак добра і зла; збагачувати словник учнів; формувати читацький інтерес; розвивати вміння колективно обговорювати прочитане, уважно і зацікавлено слухати товариша і доповнювати його відповідь у ході бесіди...
85547. Цікаве у світі тварин. О.Копиленко «Кріт-неборака» 33.5 KB
  Ознайомитися з особистістю О. Копиленка; викликати інтерес до його творчості; вдосконалювати навички правильного, виразного та швидкого читання; розвивати вміння переказувати прочитане; знаходити в тексті описи й міркування, ознаки науково-популярного оповідання...
85548. Наталія Забіла. «Чотири пори року» 63.5 KB
  Учити правильно, виразно читати поетичні твори, інтонацією передавати настрій твору, учити бачити та відчувати красу й різноманітність природних явищ, передавати своє ставлення до змісту; розвивати читацькі навички учнів, збагачувати словниковий запас дітей...