Физическая энциклопедия

ОБРАЩЕНИЕ ВОЛНОВОГО ФРОНТА

- автоматич. На первый взгляд, создание обращённогово времени движения в равной мере может осуществляться и в механике взаимодействующихчастиц, и в механике сплошной среды, и во всех др. физ. системах, где микроско-пич. Обращение времени).
Исключением являются системы с линейныминезатухающими колебаниями, а также волны в линейных недиссипативных средах. энтропия, спектральнаятемп-pa, яркость и т. п. величины, что указывает на отсутствие неустойчивостейи на возможность обращения процесса.
Для монохроматич. световых полей

систему ур-ний Максвелла в непоглощающейнемагн.среде с симметричным веществ. тензором диэлектрич.

проницаемости можно свести к линейному ур-нию

для комплексной амплитуды поляЕ(К).Тогда матем. формулировка возможности существования обращённой волнысостоит в том, что любому решению ур-ния (2) можно поставить в соответствиеф-циюE2(R)=CE1*(R),к-рая будетрешением того же ур-ния (2) при любой комплексной константе Звёздочка означает операцию комплексного сопряжения:

т. е. изменения знака пространственно зависящейфазы поля; поэтому в англоязычной научной литературе для О. в. ф. в оптич. диапазонепринят термин optical phase conjugation - оптич. фазовое сопряжение.

Волновой фронт определяется как поверхностьпостоянной фазы волны,Поэтому формы волновых фронтов взаимно обращённых волн совпадают,а направления распространения противоположны (рис. 1), откуда и название- О. в. ф.

Рис. 1. Волновые фронты встречных волн- падающей (1)и обращённой (2)- совпадают.

При прохождении исходной, идеально направленнойкогерентной волны через среду из прозрачного материала с сильными неодиородностямипоказателя преломления направленность прошедшей волны во много раз ухудшается(рис. 2, а). Если на ту же среду с противоположной стороны направить волну, Обратимоститеорема), обращённая волна в результате преломления на тех же неоднородностяхвыправится на обратном проходе до идеально направленной. Это необычноесвойство обращённой волны лежит в основе большинства приложений О. в. ф.(см. ниже).

Рис. 2. Прохождение через оптически неоднороднуюсреду:а- идеально направленного пучка, б - обращённого к нему.

Наиб. просто обратить плоскую волну. Еслиизвестно направление её распространенияп,то для обращения достаточноустановить плоское зеркало строго перпендикулярноп.Однако сферическуюволну плоским зеркалом обратить не удаётся: расходящейся сферич. волнедля обращения должна соответствовать сходящаяся к тому же источнику сферич. Адаптивная оптика).
Методы нелинейной оптики идинамическойголографиипозволяют реализовать "зеркало", автоматически подстраивающеесяпод форму любой падающей волны так, чтобы отразить сигнал в форме обращённойволны. Существует ряд методов О. в. ф. с использованием нелинейнооптич. жидкость, сжатый газ, кристалл, волоконныйсветовод и т. п.) вводится квазимонохроматич. волна от лазера к-рую предварительно пропускают через искажающий элемент (линзу, неоднороднуюфазовую пластинку и т. п.). Его назначение состоит в том, чтобы сделатьраспределение интенсивности волныELв среде сильно неоднороднымкак по поперечным (х, у),так и по продольной (z) координатам (рис.3). Мощность и энергия этой волны должны быть выше порога развития ВРМБ. Is(0),появляющийся в результате спонтанного рассеяния, усилился за счёт ВРМБна длине средыzв очень большое число раз:Is(z)=Is(0)exp(gz) сgzG|EL|*25.ЗдесьG -константа, характерная для данной среды.

Рис. 3. Схема обращения волнового фронтапри вынужденном рассеянии.

Инкремент нарастания.(см-1)для разл. конфигураций рассеянных волиEs(x, у, z)вкаждом сеченииz= const определяется интегралом их перекрытия спрофилем интенсивности падающей волныEL(x, у, z):

Наиб. усиление испытывает такая волнаEs(x,у),локальные максимумы к-рой всюду в пространстве совпадают с максимумамиволныEL(x, у).В процессе распространения из-за дифракциии интерференции каждое из полейEL(х, y,z)иЕs(х, у,z) меияет свою поперечную структуру. Если этиизменения достаточно глубоки, то единств. возможность сохранить во всёмобъёме согласованность неоднородностей интенсивности при их встречном распространениисостоит в том, чтобы рассеянное полеEs(x, у, z)exp(ikz)было сопряжённым к возбуждающему полюEL(x, у,z)exp(-ikz).В этих условиях интеграл перекрытия (3) для рассеянной волнывидаEs(x,у, z) =A(z)EL*(x, у, z),т. Es(x,у,z). Из-за огромного общего усиления(egzе262* 1011) даже относительно небольшое отличие инкремента необращённыхконфигураций приводит к практически полной их дискриминации на выходе изсреды. Т. о., при выполнении определ. условий [2] срабатывает дискриминац.

Другой широко распространённый метод О. E1exp(ikz)+E2ехр( -ikz)] х и сигнал подлежащий обращению (рис. 4). Интерференционная картина полейЕ1иЕ3в нелинейной среде записывается в реальном масштабевремени в виде голограммы с пространственной модуляцией диэлектрическойпроницаемости Эта голограмма тут же считывается с помощью второй опорной волныЕ2ехр(-ikz)и возбуждается четвёртая волна точно обращённая (комплексно-сопряжённая) по отношению к падающему сигналуE3(R).К такому же результату приводит и второй процесс, E2E3*(R)exp( - ikz), и ихсчитывание первой опорной волнойE1exp(ikz).
О. в. ф. при ВРМБ даёт пример самообращенияволнового фронта: ни к среде, ни к падающему пучку не предъявляются требованияна идеальное оптпч. качество, т. е. и среда может быть не идеально однородной, Достоинствами метода О. в. ф. при ЧВСявляются отсутствие порога по амплитуде обращаемого сигнала и возможностьполучить коэф. отражения в обращённую волну больше 1, т. е. |Е4|23|2. Недостаток методa ЧВС - необходимость идеальнооднородной нелинейной среды, а опорные волны Е1, иЕ2также должны быть идеально обращены друг к другу и обладать высокоймощностью. Последнее требование во многих нелинейных средах ведёт к заметнымискажениям из-за самофокусировки и нарушению взаимообращённости опорныхволн. В ряде случаев мощность опорных волн можно ослабить переходом к резонанснымсредам, а также к средам с медленно накапливающимся откликом (жидкие кристаллы, кристаллы и т. п.).
Разработан ещё ряд методов О. в. ф.: трехволновоеО. в. ф. (при подаче опорной волны на частоте, удвоенной по отношению ксигналу); О. в. ф. нелинейно отражающей поверхностью (в т. ч. О. в. ф. E4|2|E3|2, с хорошим качеством обращения.
Большой интерес представляют ЧВС-схемысамообращения типа представленной на рис. 5. Здесь падающий пучок1,к-рый требуется обратить, пропускается через нелинейную среду и с помощьюоптич. устройств - зеркал (как на рис. 5), световодов и т. п. - вводитсяв виде пучка1'в ту же среду под др. углом. Возникающая из флуктуацииволна2'проходит по тем же устройствам в обратном направлении иснова проходит через среду в виде волны2.Если волны1'и2'взаимно обращены, то автоматически взаимообращёнными будут иволны1и2;именно в этом случае их взаимодействие в нелинейнойсреде будет наиб. эффективным. Большинство экспериментов с такими схемамипроведено с использованием непрерывных лазеров умеренной мощности и фоторефрактивныхкристаллов в качестве нелинейной среды [4].

Рис. 5. Схема самообращения волнового фронтас использованием обратной связи.

Свойство обращённой волны детально воспроизводитьход падающей волны при своём распространении лежит в основе большинствавозможных приложений О. в. ф. [5, 6]. К ним относится прежде всего схемакомпенсации фазовых искажений при двукратном прохождении пучка через усилитель(рис. 6). Идеально направленное излучение маломощного задающего лазерас помощью полупрозрачного зеркала вводится в усилитель. Оптич. неоднородностипоследнего существенно ухудшают направленность усиленного излучения. Прошедшийпучок обращают тем или иным методом и вновь пропускают через усилитель.

Рис. 6. Схема компенсации фазовых искаженийусилителя с использованием обращения волнового фронта.

Лит.:1) Зельдович Б. Я. и др.,О связи между волновыми фронтами отраженного и возбуждающего света привынужденном рассеянии Мандельштама - Бриллюэна, "Письма в ЖЭТФ", 1972,т. 15, с. 160; 2) 3ельдович Б. Я., Пилипецкнй Н. Ф., Шкунов В. В., Обращениеволнового фронта, М., 1985; 3) Беспалов В. П., Пасманик Г. А., Нелинейнаяоптика и адаптивные лазерные системы, М., 1985; 4) Сгоnin - Gо1оmb М. идр., Theory and applications of four-wave mixing in photorefractive media,"IEEE J. Quant. Electronics", 1984, v. QE-20, № 1, p. 12; 5) Shkunоv V.V., Zeldоviсh B. Ya., Optical phase conjugation, "Scientific American",1985, v. 253, № 6, p. 54; в рус. пер. - "В мире науки", 1986, № 2, с. 16;6) Рерреr D. М., Applications of optical phase conjugation, "ScientificAmerican", 1986, v. 254, № 1, p. 74; в рус. пер. - "В мире науки", 1986,№ 3, с. 34; 7) Носач О. Ю. и др., Компенсация фазовых искажений в усиливающейсреде с помощью "бриллюоновского" зеркала, "Письма в ЖЭТФ", 1972, т. 16,с. 617.

Б. Я.Зелъдович.

Физическая энциклопедия. В 5-ти томах. — М.: Советская энциклопедия.Главный редактор А. М. Прохоров.1988.


  1. обращение волнового фронта—преобразование одной волны в другую сидентичным распределением амплитуды и фазы и с противоположнымнаправлением распространения. При распространении в неоднородной средео...Большой энциклопедический словарь II
  2. обращение волнового фронта—ОБРАЩЕНИЕ ВОЛНОВОГО ФРОНТА преобразование одной волны в другую с идентичным распределением амплитуды и фазы и с противоположным направлением распространения. При распрост...Большой энциклопедический словарь III
  3. обращение волнового фронта—ОБРАЩЕНИЕ ВОЛНОВОГО ФРОНТА преобразование одной волны в другую с идентичным распределением амплитуды и фазы и с противоположным направлением распространения. При распрос...Большой Энциклопедический словарь V
  4. обращение волнового фронта—преобразование одной волны в другую с идентичным распределением амплитуды и фазы и с противоположным направлением распространения. При распространении в неоднородной сред...Естествознание. Энциклопедический словарь
  5. обращение волнового фронта—толынды шепт айтармасы...Орысша-қазақша «Электроника, радиотехника және байланыс» терминологиялық сөздік
  6. обращение волнового фронта—conjugaison du front donde...Политехнический русско-французский словарь
  7. обращение волнового фронта—phase conjugation wave front reversal...Русско-английский словарь по физике
  8. обращение волнового фронта—phase conjugacy optical phase conjugation phase conjugation...Русско-английский словарь по электронике
  9. обращение волнового фронта—абарачэuнне хваuлевага фроuнту АХФ...Русско-белорусский словарь математических, физических и технических терминов
  10. обращение волнового фронта—ОБРАЩЕНИЕ ВОЛНОВОГО ФРОНТА преобразование одной волны в другую с идентичным распределением амплитуды и фазы и с противоположным направлением распространения. При распрост...Современный энциклопедический словарь
  11. обращение волнового фронта—ОБРАЩЕНИЕ ВОЛНОВОГО ФРОНТА преобразование одной волны в другую с идентичным распределением амплитуды и фазы и с противоположным направлением распространения. При распрос...Энциклопедический словарь естествознания