Файл: Страховский Г.М. Основы квантовой электроники учеб. пособие.pdf

ВЫНУЖДЕННОЕ РАССЕЯНИЕ МАНДЕЛЬШТАМА — БРИЛЛЮЭНА

Если комбинационное рассеяние света заключается во взаимодей­ ствии падающих световых волн и молекул, то взаимодействие падаю­ щих световых волн с акустическими колебаниями среды приводит к так называемому рассеянию Мандельштама—Бриллюэна. Так же как и в комбинационном рассеянии, при малых интенсивностях световых волн акустические колебания модулируют световые волны. Это так назы­ ваемое спонтанное рассеяние Мандельштама—Бриллюэна.

Если световые волны имеют достаточно большую интенсивность, то получается также обратное воздействие световых волн на акустиче­ ские колебания (в комбинационном рассеянии света аналогичный эф­ фект •— обратное воздействие световой волны на колебания молекул — разбирался в § 11.5). Если на среду падают две световые волны с ча­ стотами со, и со2, то в силу квадратичной зависимости акустического давления от напряженности светового поля в среде возникают волны

ЯВЛЕНИЕ САМОФОКУСИРОВКИ СВЕТА

Выше при разборе нелинейного изменения показателя преломления среды было показано, что вследствие энгармонизма оптического элек­ трона показатель преломления среды квадратично зависит от квадрата напряженности поля [см. формулу (11.79)].

Ангармонизм оптического электрона — не единственная причина появления нелинейной добавки в показателе преломления. Другими причинами появления такой добавки могут служить электрострикция, нагрев среды световым лучом и т. д. Совокупность всех этих эффектов приводит к тому, что оптически однородная без светового луча среда становится оптически неоднородной в присутствии интенсивного све­ тового луча и в ней возникает нелинейная рефракция. Если в формуле (11.79) п2 > 0, то в области интенсивного светового луча среда яв­ ляется оптически более плотной по сравнению с областью, где нет луча. Такая среда действует как собирающая линза, приводя к само­ фокусировке интенсивного светового луча.

Наряду с самофокусировкой световой луч, распространяясь в среде, испытывает дифракцию, так что характер распространения луча в сре­ де определяется тем, какой из эффектов преобладает. Произведем про­ стейшие оценки величин обоих эффектов. Для этого рассмотрим ци­ линдрический световой пучок радиуса а, распространяющийся в не­ линейной среде (рис. 11.4).

306

ИСПАРЕНИЕ С ПОВЕРХНОСТИ ТВЕРДЫХ ТЕЛ П О Д ДЕЙСТВИЕМ МОЩНЫХ СВЕТОВЫХ ПОТОКОВ

Интенсивный процесс испарения вещества с поверхностей твердых непрозрачных тел под действием лазерного излучения происходит уже при световых потоках мощностью 10° ~ 10s втісм1. При таких интенсивностях поверхность твердого тела нагревается не очень силь­ но, во всяком случае средняя кинетическая энергия частицы на на­ гретом участке меньше энергии, необходимой для ее испарения. Испа­ ряются только те частицы, которые в результате столкновений между собой накопят энергию, достаточную для испарения. Так как таких частиц немного, то и плотность паров испаренного вещества около по­ верхности твердого тела мала. Образовавшиеся в результате испарения пары расширяются со скоростями ~ 105 см/сек; при этом твердой ми­ шени сообщается импульс отдачи.

ЯВЛЕНИЕ ПРОБОЯ НА ОПТИЧЕСКИХ ЧАСТОТАХ (СВЕТОВАЯ ИСКРА)

Если поток достаточно мощного лазерного излучения фокусирует­ ся в область, занятую газом, то в фокусе лазерного луча в газе воз­ никает световая искра (явление оптического пробоя). Дело в том, что при мощностях лазерного излучения 1011 в/п/ом2 газовая среда, перво­ начально прозрачная для излучения,становится непрозрачной, интен­ сивно поглощает лазерное излучение и нагревается; при этом происхо­ дит частичная ионизация среды.

Механизм возникновения световой искры аналогичен механизму высокочастотного пробоя в газах. Напряженности электрических полей в фокусе лазера столь велики, что электрон, оказавшийся в об­ ласти фокуса лазерного луча, в процессе ускорения в электрическом поле и упругих столкновений с атомами газа приобретает энергию, достаточную для ионизации атомов газа. В результате ионизации число электронов в области фокуса увеличивается. Эти электроны в свою очередь ускоряются и вновь ионизируют атомы газа, при этом число электронов опять возрастает и т. д., т. е. возникает электронная лавина.

Образовавшаяся искра растет, т. е. расширяется область, в которой газ ионизирован. Одной из причин этого эффекта является, по-види­ мому, возникновение в фокусе лазера в момент образования искры ударной волны, которая, распространяясь навстречу лазерному лучу, также ионизирует газ, облегчая условия возникновения пробоя. Об­ ласти газа, сжатые и прогретые ударной волной, тоже становятся непрозрачными для лазерного излучения. Оно сильно поглощается и таким образом поддерживает движение ударной волны. В результате искра становится длиннее. Процессы, сопровождающие образование световой искры, очень похожи на процессы, сопровождающие точеч­ ный взрыв, т. е. взрыв, происходящий в результате мгновенного вы­ деления энергии в малом объеме.

308