Вытеснение гиперзвука из фокальной области при ВРМБ в режиме насыщения Текст научной статьи по специальности «Физика»

УДК 535.34

ВЫТЕСНЕНИЕ ГИПЕРЗВУКА ИЗ ФОКАЛЬНОЙ ОБЛАСТИ ПРИ ВРМБ В РЕЖИМЕ НАСЫЩЕНИЯ

А. И. Ерохин, А. А. Никульчин

Экспериментально определено изменение мощности гиперзвука на длине кюветы. Показано, что максимум ее достигается на значительном удалении от перетяжки каустики при превышении порога ВРМБ.

Рассмотрение процессов оптоакустического взаимодействия при вынужденном рассеянии Манделынтама-Бриллюэна (ВРМБ) до недавнего времени основывалось на представлениях линейной теории из-за ее простоты и наглядности [1]. Так, например, считалось [2], что в сфокусированных лазерных пучках процесс перекачки лазерного излучения в стоксову волну (а также генерация гиперзвука, определяющая эффективность процесса) локализован вблизи фокуса линзы. Точнее, по этой теории гиперзвук (ГЗ) возникает в области перед фокусом линзы, ближе к источнику накачки при превышении порога ВРМБ. Эта область распространяется в сторону источника, но недалеко, т.к. интенсивность быстро падает при удалении от перетяжки. За фокусом линзы ГЗ быть вообще не должно, т.к. интенсивности уже недостаточно для ВРМБ, а длина затухания ГЗ составляет несколько длин волн. Однако недавно экспериментально и теоретически было обнаружено [3], что даже при незначительном превышении над порогом ВРМБ процесс переработки лазерного излучения в стоксово происходит на значительном удалении от перетяжки каустики линзы в сторону лазера. В [3] измерялась величина эффективности перекачки = Р3(г)/Рь в различных местах перетяжки

(где Р5, Рь ~ мощности стоксовой и лазерной волны, соответственно; ось 2 направлена вдоль оси перетяжки в сторону источника накачки) с помощью светоделительной пластины, находящейся в жидкости и ответвляющей часть излучения ВРМБ. Измеренная таким способом также как Л(-г), является интегральной по 2 величиной. А зна-

чит и интерпретация этих результатов, учитывая нелинейность задачи, может быть неоднозначной, поскольку мерялась именно интегральная величина.

Краткие сообщения по физике ФИЛН

номер 10, 2006 г.

Данное сообщение посвящено дальнейшему экспериментальному исследованию взаимодействия ГЗ и пучка накачки при ВРМБ в сфокусированных пучках. Основная цель работы состоит в том, чтобы локально по 2 измерить эффективность дифракции на ГЗ и определить величину мощности гиперзвука в различных местах каустики линзы.

Измерения проводились с помощью следующей оптической схемы. ВРМБ в кювете с гексаном возбуждалась основной гармоникой ТЕМоо? лазера на N<1 стекле длительностью 30 нсек. Излучение лазера (диаметр пучка ~ Злел«) фокусировалось линзой / ~ 11 см в середину кюветы длиной 12 см. Дифракционная длина перетяжки го в среде составила ~ 1.2 мм. Мощность гиперзвука (аналогично [4]) определялась по эффективности г] брэгговской дифракции излучения второй гармоники лазера на продольной гиперзвуковой волне. А поскольку из стационарной теории следует, что ц ~ /"¡1, то разумно нормировать наблюдаемую величину на мощность лазерного и стоксового излучения, получая таким образом величину \У = ///(Р*Р/,). Зависимость IV от положения г точки пересечения пробного луча и каустики линзы относительно фокуса для восьмикратного превышения над порогом ВРМБ показана на рисунке.

положение фокуса ____

• кювета

« 1. ^ а) I Л иарВЗкВЭр^Щ £ 0.1 ¿М и ТУ $5 + ^Гу 1&А

>1.

-10-5 0

ш,

10

15~20 25

0

Рис. 1. Схематичное изображение каустики лазерного излучения, измеренная зависимость от продольной координаты г (кружочки), а также вычисленная интенсивность гиперзвука Д, (крестики), показанные в одном продольном масштабе.

Для того чтобы определить интенсивность гиперзвука Д5 на оси каустики, необходимо знать поперечное распределение /дДх). И если оно гауссово, то

W(z)

Ihs ОС

1 + (z/zDy •

Определенная по этой формуле величина показана крестами на рисунке. Интенсивность гиперзвука, согласно рисунку, в диапазоне 0 < z/Z£, < 20 почти квадратично падает с увеличением z, тогда как оно должно уменьшаться ~ (z/z£>)-4 согласно представлениям линейной теории, где Pi, Ps ~ const при z/zd > 3.

Полученная величина W пропорциональна мощности гиперзвуковой волны. Из рис. 1 видно, что она имеет максимумы в областях, далеких от перетяжки каустики, где интенсивность лазерного излучения в сотни раз меньше, чем в фокусе.

Необходимо отметить, что существенная интенсивность ГЗ зафиксирована в области —10 < z/zd < 0, т.е. за фокусом линзы. Поскольку за время импульса в 30 нее к ГЗ не может распространиться на почти 12 мм, то это может означать, что он генерируется накачкой с интенсивностью значительно ниже порога ВРМБ, т.к. интенсивность накачки в этой области ослаблена не только за счет расширения по выходе из перетяжки, но и за счет отражения от ВРМБ зеркала. Возможно также, что этот ГЗ возникает еще до того, как сформирована основная ГЗ волна в областях z/zp > 0, преобразующая существенную часть мощности накачки в стоксово излучение. Наверное, возможны и иные объяснения существования ГЗ в этой области.

Таким образом в работе продемонстрирована чувствительная экспериментальная методика, позволяющая исследовать поведение гиперзвука в сфокусированном лазерном луче, в таком режиме ВРМБ, который описывается только нелинейной теорией, например, в том случае, когда гиперзвук заполняет большую часть кюветы и распространяется вдали от перетяжки. Зафиксирован ГЗ заметной интенсивности в области за фокусом линзы, где его вообще быть не должно в соответствии с представлениями линейной теории.

ЛИТЕРАТУРА

[1] 3 е л ь д о в и ч Б. Я., Пилипецкий Н. Ф., Ш к у н о в В. В. Обращение волнового фонта. М., Наука, 1985.

[2] Р ы с а к о в В. М., Аристов Ю. В., Короткое В. И. Опт. и спектр., 47, 745 (1979).

Краткие сообщения по физике ФИЛН

номер 10. 2006 г.

[3] М о о г е Т. R., F i s с h е г (1998).

[4] W а 1 d е г J. and Т a n g С

G. L., and В о у d R .W. J. Mod. Optics, 45, 735 L. Phys. Rev. Lett., 19, 623 (1967).

Поступила в редакцию 20 октября 2006 г.

/