Техника - молодёжи 1989-02, страница 19

Техника - молодёжи 1989-02, страница 19

В лаборатории Г. А. Аскарьяна. Фото А. ЮРКИНА.

нелинейность велика,— сероуглерод, толуол, нитробензол и т. п. Забегая вперед, заметим, что в них-то и наблюдалась впервые самофокусировка.

Хотя из наших рассуждений следует, что лазерная самофокусировка возможна, это еще не открытие. Как физики, мы понимаем, чего не хватает: количественной оценки. Чтобы утверждать, что явление есть, нужно четко знать условия, при которых оно должно произойти. А их необходимо рассчитать. Нептун был открыт не тогда, когда Леверье понял, что возмущения орбиты Урана можно объяснить наличием новой планеты (видимо, об этом догадывались и раньше), а когда рассчитал — куда навести телескоп в определенный момент времени.

БЕЗ МАТЕМАТИКИ НЕ ОБОЙТИСЬ

Да, пора переводить разговор на язык математики. Но это не значит, что мы станем вести скрупулезный учет подробностей явления. Наоборот, на первом этапе надо максимально упростить ситуацию. Выплеснуть из ванны все, кроме ребенка. Вот и мы «упраздним» лазерный пучок как единое целое, выделим в общем потоке излучения два очень тонких луча — на оси и на самом краю (будем считать, что излучающая поверхность лазера, а следовательно, и сечение

его пучка — круг). Пусть коэффициент преломления среды вне пучка п0 — и припишем это значение краевому лучу. А для осевого луча коэффициент преломления П| становится большим краевого, поскольку стрикционные силы, как мы знаем, увеличивают преломление света средой.

Что же такое п? Это отношение скорости света в вакууме к скорости света в той среде, к которой относится показатель преломления. Так что из-за разницы между п0 и ni, то есть различия в скорости двух лучей, краевой будет стремиться отклониться внутрь, в направлении к осевому. Нефизикам мы подскажем, что именно так поворачивает гусеничный трактор: какую гусеницу затормозить, в ту сторону и свернет машина. Угол отклонения луча к оси назовем углом нелинейной сходимости и обозначим @н. Это отклонение и будет противодействовать дифракции, которая обычно стремится отклонить краевой луч в противоположную сторону от оси на угол 0Д. А он, как уже говорилось, равен к/6. Кстати, нетрудно понять, что 6Д чрезвычайно мал, ведь для лазера d порядка нескольких сантиметров, а видимого света в 10 тыс. раз меньше. Напомним, что при таких углах ©«sin @ с очень большой точностью. Это пригодится нам дальше...

Итак, луч лазера станет строго параллельным, когда нелинейная сходимость точно скомпенсирует

дифракционную расходимость Угол 0„ зависит только от Л и d, а вот на @н, конечно, влияет коэффициент преломления: чем больше П|, тем сильнее тормозится осевой луч по сравнению с краевым, тем круче поворот того к центру луча. Но, вспомним, П| определяется мощностью луча лазера Р (нелинейное преломление). Значит, задача в том, чтобы найти, при каких d и Р, на научном языке — при каких условиях,

0Н =0Д?

Из-за разности скоростей краевого ВВ' и осевого АА' лучей (рис. 1) они одновременно пройдут разные пути BO=L0=C0t/n0 и A'=L'=C0t/n1.

Это вызовет поворот фронта луча

n OB AL на угол ви= — =—, где AL = г г

= L,-L0 = C0(l--l-)t=C0^l,

хп0 п, / п

a t~—п; 0и = Дп1_/г; Лп = п,—п0.

С0

Чтобы сравнить этот угол с углом дифракционного уширения 6~ к/г, нужно взять длину пути г/0д, на котором формируется угол дифракции (заметно меняется радиус луча L0fl~O

При компенсации энфракцион-ного уширения нелинейным сжатием 0н ~ 0а получим условие рас-

С-

Банановая самофокусировка в воде. Виден яркий фокус в центре сечения луче.

Нити самофокусировки Вид сбоку.

в нитробензоле.

16

Обсуждение
Понравилось?
Войдите чтобы оставить комментарий
Понравилось?