Техника - молодёжи 1989-02, страница 22

непрозрачную диафрагму (рис. 4). Тогда изменение коэффициента преломления от периферии к оси окажется положительным, а только это и нужно для самофокусировки. Конечно, на еще более дальней периферии будет по-прежнему происходить расфокусировка и краевая мощность рассеется. Если схематически изобразить структуру такого луча, она будет напоминать банан, очищенный от кожуры: сходящаяся в фокус «съедобная» часть и расходящаяся, бесполезная периферийная. Из рисунка нетрудно понять, что расстояние до фокуса здесь будет определяться диаметром диафрагмы: Lf =с)д/в_и. Вот какое значение имеет профиль интенсивности луча...

Чем бы еще вас удивить, уважаемые читатели? Существует немало веществ, в которых Дп не связано с мощностью луча прямо пропорционально — это среды с насыщением, инерционные, резонансные. В последнем случае, если резонансная частота совпадает с частотой излучения лазера, после схлопывания луча в фокус образуются волноводные протяжки (рис. 5): сечение луча становится сравнимым с длиной волны света, и в таком сверхтонком волноводе луч распространяется на заметное расстояние. Вот он, реальный гиперболоид инженера Гарина!

Если частицы среды легко переориентируются и упорядочиваются под действием электромагнитного поля, то нелинейность среды так велика, что самофокусировка наступает при самых незначительных мощностях. Таковы жидкие кристаллы. Этим же типом нелинейности обладают биологические ткани, что означает — луч лазера очень малой, безвредной для живого организма мощности способен самофокусироваться в нем.

Не меньше нелинейность у плазмы, а так как именно в плазменном состоянии находится ионосфера, то радиоволны самой обычной мощности способны пробивать в верхнем слое атмосферы каналы, по которым будут распространяться без рассеяния. Этот факт особенно знаменателен, ведь до сих пор все нелинейные световые эффекты, открытые с появлением лазера, уже были известны в своих «радиоволновых аналогах»: генерация гармонии, оптическое детектирование, параметрические взаимодействия, ударные электромагнитные волны. И только эффект самофокусировки «проделал обратный путь»: обнаруженный в оптике, он затем был предсказан у найден в радиофизике.

Случилось и еще более неожиданное: самофокусировку удалось воспроизвести при распростране

нии колебаний совершенно иной физической природы — звуковых.

Мы показали, что самофокусировка в жидкости может происходить при ее нагреве из-за поглощения звуковой волны. Здесь требуется значительная мощность и продолжительность звукового сигнала — ведь должен прогреться большой объем жидкости. Но найден и другой механизм. Любая жидкость содержит локальные неоднородности (взвеси, растворенные газы или пары), которые под действием звука нагреваются гораздо быстрее, чем вся масса воды, и порождают пузырьки. С появлением пузырьков возникает нелинейность жидкой среды, в миллионы раз более сильная, чем тепловая,— ведь пузырьки сжимаются неизмеримо легче, чем жидкость, а значит, скорость звука в среде с пузырьками намного меньше, чем вне ее.

Сам собою напрашивается комбинированный вариант самофокусировки: в жидкость посылается лазерный луч, практически мгновенно создающий тепловой или пузырьковый канал, а уже по нему распространяется без рассеяния звуковой сигнал. Становится возможной комбинированная светозвуковая подводная локация, далеко превосходящая по дальности и точности оба метода порознь.

>

хронология открытия

1962 г. Предсказано, что в силу того, что свойства среды, по которой идет лазерный луч, зависят от интенсивности света (и, соответственно, различны в центре и на краях луча), световой пучок может сжиматься. Предложен, как возможный, стрикционный механизм нелинейности в диэлектриках и плазме, а также термический — в плазме. Заявлено, что подобные эффекты найдут широкое применение в лучевой энергетике (Г. А с к а р ь я н. ЖЭТФ).

1965 г. Наблюдались нити самофокусировки лазерного луча в жидкостях (Н. Пилипецкий и его сотрудники. Письма в ЖЭТФ).

1965—1966 гг. Рассчитаны условия, при которых луч лазера схлопывается в фокус (В. Таланов. Письма в

ЖЭТФ, П. К е л л и. США, Physical revue letters).

1966—71 гг. Доказана возможность самофокусировки ультра- и гиперзвуковых волн в средах с термической и пузырьковой нелинейностью (Г. Ас-карь я н Письма в ЖЭТФ).

1966 г. Рассчитаны условия, при которых мощная плоская волна в нелинейной среде становится неустойчивой (В. Беспалов, В. Таланов. Письма в ЖЭТФ).

1966 г. Показано, как возбужденные и деформированные молекулы могут увеличивать нелинейные свойства среды (Г Аскарьян. Письма в ЖЭТФ).

1967—1968 гг. Изучено явление распада мощного луча с гауссовым профилем на многофокусную структуру. Предложено объяснение мелких световых «нитей» как следов движения фокусов лучей (А. Прохоров, А. Д ы ш к о, В. Луговой. Письма в ЖЭТФ).

1969 г. Впервые наблюдалась «банановая» самофокусировка трубчатого луча в среде, где обычный луч расфокусируется (Г. Аскарьян, В. Студеное. Письма в ЖЭТФ).

1968—1970 гг. Наблюдались в эксперименте движения фокальных точек при самофокусировке (В. Короб-кин, А. Алкок Physical revue letters).

1978 г. Доказано, что лучи с плато-образным распределением интенсивности могут схлопываться в один фокус даже при мощностях, гораздо больших критических (А. Прохоров, В. Короб к и н, Я. Жилейкин и др. Письма в ЖЭТФ).

1980 г. Обнаружена очень сильная оптическая нелинейность жидких кристаллов, что, соответственно, открывает большие возможности для использования в них эффектов самофокусировки. (Н. Пилипецкий, Б. Зельдович, Н. Табирям. Письма в ЖЭТФ).

2*

19