С. С. НАЛЕГАЕВ, Е. М. БУЯНОВСКАЯ, Н. В. ПЕТРОВ
Научный руководитель: В. Г. БЕСПАЛОВ
Санкт-Петербургский национальный исследовательский университет информационных технологий, механики и оптики
Исследование нелинейных оптических свойств жидкостей для задач восстановления параметров волнового фронта
итерационным методом
Рассмотрена возможность использования водного раствора чая для восстановления параметров волнового фронта по измеренным распределениям интенсивности с использованием нелинейности данной среды. Отрицательный коэффициент нелинейной рефракции раствора чая подтвержден экспериментально.
В итерационных методах восстановления фазы волнового фронта, основанных на численной обработке набора распределений интенсивности, записанных при варьировании какого-либо параметра, необходимо наличие математической модели, достаточно точно описывающей процесс прохождения оптического излучения через всю систему [1]. Для эффективного восстановления при использовании нелинейных сред коэффициент нелинейной рефракции n2 должен быть достаточно точно измерен.
Известно, что у растворов чая в воде, спирте и других растворителях наблюдаются весьма высокие значения n2 [2,3]: на длине волны λ = 532 нм у раствора черного чая в воде наблюдается n2 = –570x10–20 м2/Вт [3], а при λ = 632,8 нм n2 = 1,8х10–11 м2/Вт [2,4]. Высокие значения n2 обусловлены нелинейными свойствами, содержащегося в чае хлорофилла, а механизм его нелинейности имеет термическую природу [3]. Резкое увеличение величины n2 для гелий-неонового лазера объясняется присутствием пиков поглощения хлорофилла вблизи 647 и 664 нм [5]. Благодаря простоте в обращении и сильным нелинейным свойствам (которые характерны многим хромофорам), растворы чая актуальны в качестве сред для восстановления фазы волнового фронта по наборам измеренных распределений интенсивности с использованием нелинейных оптических эффектов [1]. При этом высокие значения n2 нелинейных сред также упрощают экспериментальную схему, уменьшая требования к лазерной системе.
В настоящее время исследования нелинейно-оптических свойств растворов чая, в том числе измерения коэффициента n2, проведены для ограниченного числа длин волн излучения накачки, поэтому задача более широкого их исследования, решаемая в данной работе, все еще актуальна.
В данной работе был опробован раствор чая в воде в качестве нелинейной среды. При распространении лазерного излучения сквозь кювету с водным раствором чая, как и ожидалось [3], экспериментально было обнаружено явление самодефокусировки. На основе полученных экспериментально распределений интенсивности (рис. 1) можно приближенно оценить значение n2 использованной нелинейной среды.
Для дальнейших экспериментов по восстановлению волновых фронтов планируется провести точные измерения величины n2 методом z‑scan.
Рис. 1. Пространственные распределения интенсивности (а, б,в) и их поперечные профили (г) на выходе кюветы толщиной 10 мм с водным раствором чая, полученные экспериментально (длительность импульса τ=8.9 нс, λ=532 нм) при пиковых мощностях лазерного излучения, МВт: 0,432 (а), 1,295 (б), 2,158 (в)
Список литературы
1. Налегаев С. С., Петров Н. В., Беспалов методы решения фазовой проблемы в оптике и их особенности // Научно-технический вестник информационных технологий, механики и оптики. 2012. №6 (82). С.30-35.
2. Zhang H.-J., Dai J.-H., Wang P.-Y., Wu L.-A. Self‑focusing and self-trapping in new types of Kerr media with large nonlinearities // Opt. Lett. 1989. V.14. P.695-696.
3. Cheung Y. M., Gayen S. K. Optical nonlinearities of tea studied by Z-scan and four-wave mixing techniques // J. Opt. Soc. Am. B. 1994. V.11. No.4. P. 636-643.
4. Oliveira L. C., Zilio S. C. Single beam time resolved Z-scan measurements of slow absorbers // Applied Physics Letters. 1994. V.65. P..
5. Larkum A., Douglas S., Raven J. Photosynthesis in Algae // Advances in Photosynthesis and Respiration, v.14. London: Kluwer, 2003.
