LibRar.Org.Ua — Бібліотека українських авторефератів

Загрузка...

Головна Фізика. Астрономія → Аналіз фазових сингулярностей у дифрагованому світловому полі

НАЦІОНАЛЬНА АКАДЕМІЯ НАУК УКРАЇНИ

ІНСТИТУТ ФІЗИКИ







ХОРОШУН ГАННА МИКОЛАЇВНА





УДК 535.2





АНАЛІЗ ФАЗОВИХ СИНГУЛЯРНОСТЕЙ У ДИФРАГОВАНОМУ СВІТЛОВОМУ ПОЛІ




01.04.05 – оптика, лазерна фізика


АВТОРЕФЕРАТ

дисертації на здобуття наукового ступеня

кандидата фізико-математичних наук





Київ – 2007


Дисертацією є рукопис


Робота виконана в Інституті фізики Національної академії наук України


Науковий керівник: доктор фізико-математичних наук,

старший науковий співробітник

Васнєцов Михайло Вікторович,

Інститут фізики НАН України,

провідний науковий співробітник.


Науковий консультант: доктор фізико-математичних наук, професор

Горшков В'ячеслав Миколайович,

Інститут фізики НАН України,

провідний науковий співробітник.


Офіційні опоненти: доктор фізико-математичних наук, професор

Борщ Анатолій Олександрович,

Інститут фізики НАН України,

провідний науковий співробітник.


кандидат фізико-математичних наук,

Лимаренко Руслан Анатолійович,

Інститут прикладної оптики НАН України,

провідний науковий співробітник.


Захист дисертації відбудеться _27___ _грудня____2007 р. о __14__ год. _30__ хв. на засіданні спеціалізованої вченої ради Д.26.159.01 при Інституті фізики НАН України за адресою: 03039, м. Київ, проспект Науки, 46.

З дисертацією можна ознайомитись у бібліотеці Інституту фізики.


Автореферат розісланий __15__ ___листопада____ 2007 р.


Вчений секретар

спеціалізованої вченої ради Чумак О.О.

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ


У дисертації наведено результати досліджень у галузі сингулярної оптики [1-3], що є розділом сучасної фізичної оптики. До основних об'єктів сингулярної оптики скалярного світлового поля належать дислокації хвильового фронту, що є лініями з невизначеною (сингулярною) фазою та нульовим значенням амплітуди.Якщо така лінія орієнтована уздовж осі розповсюдження пучка, то цю структуру називають оптичним вихором (ОВ), бо він має гелікоїдальну форму хвильового фронту, навколо осі якого відбувається циркуляція світлового потоку. Фаза коливань змінюється при обході по замкнутому контуру навколо осі вихору на величину , де m – заряд вихору, що вказує на напрям та частоту закручування гелікоїда.

Дислокації хвильового фронту утворюються майже в усіх реальних експериментах внаслідок деструктивної інтерференції референтної хвилі з хвилею від дефектів або країв апертур оптичних елементів. Отримані різними методами ОВ використовуються як оптичні пінцети, багатоканальні маніпулятори мікрочастками, пристрої сортування об'єктів, менших за розмір довжини хвилі світла, надточні датчики температури та тиску. Стійкість структури оптичного вихору до різного роду просторових та часових збурень дозволяє використовувати його для передачі інформації крізь турбулентну атмосферу.

Широке коло застосувань ОВ залучило багато наукових груп із різних країн світу до досліджень фазових сингулярностей в дифракційних полях з початково гладким хвильовим фронтом [4], регенерації сингулярного пучка, більша частина якого перекрита непрозорим екраном [5], методам синтезу оптичного вихору [6,7]. Проте відсутність методів якісного аналізу початкового розподілу інтенсивності і фази світлового пучка, які б дозволили передбачити виникнення ОВ в процесі його розповсюдження, призвели до того, що деякі важливі сингулярні ефекти залишились без уваги або не знайшли адекватного пояснення.

Тому є доцільною розробка нових підходів аналізу дифрагованих полів, які б дозволяли якісно передбачати у ньому появу та закономірності еволюції дислокацій хвильового фронту.

Отже, актуальність дисертаційного дослідження зумовлена необхідністю прогнозування появи дислокацій хвильового фронту у дифрагованому полі. З практичної точки зору це дозволить запропонувати найбільш ефективні методи синтезу оптичних вихорів або запобігати їхньому виникненню у збуреному пучку, а з наукової точки зору  розкрити механізми корінної перебудови хвильового фронту та закономірності еволюції дифрагованого пучка у просторі.

Зв'язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Дисертаційна робота частково виконувалась в рамках Міжнародного проекту Partner Project P051, EOARD (European Office for Aerospace Research and Development), Air Force Research Lab, USA. В рамках даного проекту проведені дослідження еволюції оптичних вихорів, що утворились внаслідок ефектів інтерференції та дифракції світлових хвиль.

Метою дисертаційного дослідження єаналіз умов виникнення дислокацій та просторових особливостей хвильового фронту у задачах дифракції.

Для досягнення цієї мети вирішувались такі конкретні задачі:

  • дослідження еволюції світлового поля, дифрагованого на непрозорому екрані, дугоподібній щілині, круглому отворі та диску, а також при інтерференції двох гауссових пучків;

  • виявлення механізмів утворення та області локалізації "диполів" оптичних вихорів у залежності від початкового розподілу поля;

  • теоретичне та експериментальне дослідження варіацій фази і фазової швидкості світла, дифрагованого на круглому отворі та непрозорому диску;

  • детальне дослідження механізму регенерації ОВ в одно- та багатозарядових сингулярних пучках після відтинання його більшої частини непрозорим екраном;

  • дослідження еволюції гауссового пучка, частина якого пройшла крізь фазовий клин.

Об'єктом дослідження є оптичні поля складної структури, що утворюються при дифракції плоскої хвилі та пучків Лагерра-Гаусса.

Предметом дослідження є механізми виникнення фазових сингулярностей в оптичних полях складної структури та сценарії їхньої просторової еволюції.

Методи дослідження

Для розв'язання поставлених у роботі завдань були використані як методи теоретичного аналізу та комп'ютерного моделювання, так і методи експериментального дослідження дифракційних явищ.

Теоретичний аналіз для задач з початково симетричним розподілом поля – дифракції плоскої хвилі на круглому отворі та непрозорому диску, здійснено за допомогою аналітичного