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

83331. Коллектив и его основные признаки 15.52 KB
  Группа может выступать в качестве управляющей управляемой или самоуправляемой структуры с различной степенью сплоченности ее членов от неорганизованной толпы до единого коллектива. Чтобы считаться коллективом группа должна удовлетворять нескольким признакам главным из которых можно считать...
83332. Возрастные особенности системы пищеварения 22.74 KB
  Если у новорожденного она составляет 30–-35 мл то к концу первого года жизни увеличивается в 10 раз. Пищеварительная система новорожденного существенно отличается от таковой у взрослых. У новорожденного полость рта развита очень слабо.
83333. Философия и мировоззрение 138.5 KB
  Позднее философом признавали такого человека который направляет свои интеллектуальные усилия на поиск всеобщей истины в вопросах окружающего бытия и человеческого жизнеустройства. Древние мудрецы размышляли и вели нескончаемые споры по самым разнообразным вопросам: о том как устроен космос каково место...
83334. Истории Эпидемиологии 34 KB
  Промышленная революция и развитие капитализма дали толчок в развитии многих наук в том числе и эпидемиологии потому что начало этой новой общественно-экономической формации сопровождалось эпидемиями кишечных инфекций паразитарных тифов и туберкулеза в городских трущобах и появлением в европейских...
83335. Economy of the Vladimir region 13.77 KB
  The Vladimir region — one of the most urbanized, economically developed and infrastructure equipped regions of Russia. Despite the lack of a resource source of raw materials, the Vladimir region is allocated with a highly skilled manpower.
83336. Понятие организации и её роли в менеджменте 4.74 KB
  Таким образом понятие организации звучит так: это некая группа людей от двух человек и более работающая совместно ради достижения каких-либо общих целей. Организация и менеджмент В системе менеджмента организация понятие сложное. Понятие организации обязательно включает в себя элемент управления.
83337. Фонетико-фонематическое недоразвитие речи 17.03 KB
  Фонематический слух являясь частью физиологического слуха направлен на соотнесение и сопоставление слышимых звуков с их эталонами которые хранятся в памяти человека упорядочение в решетке фонем. Каждый человек имеет индивидуальные особенности произношения звуков: один говорит тихо другой громко...
83338. Макросередовище маркетингу 25.99 KB
  Виділяють принаймні шість факторів які в певний спосіб позитивно або негативно можуть впливати на управління системою маркетингу: демографічні економічні природні науково-технічні політичні фактори та фактори культурного оточення.
83339. Порядок захисту права на комерційну таємницю 63.5 KB
  Комерційною таємницею можуть бути відомості технічного організаційного комерційного виробничого та іншого характеру за винятком тих які відповідно до закону не можуть бути внесені до комерційної таємниці. Важливим для забезпечення комерційної таємниці є забезпечення дії нормативно-правових актів...