Нелинейные волновые взаимодействия в оптике и радиофизике - Сухоруков А.П.
ISBN 5-02-013842-8
Скачать (прямая ссылка):
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
223 \
ПРЕДИСЛОВИЕ
В книге излагаются основы теории и физические представления о трех-частогных нелинейных взаимодействиях волновых пучков и пакетов волн. Поведение волновых пучков и пакетов в нелинейных средах стало объектом интенсивных исследований более 20 лет назад. С того времени данная проблема занимает одно из центральных мест во многих областях физики: в оптике и радиофизике, в физике плазмы и гидродинамике, в акустике и физике твердого тела.
Трехволновые (трехчастотные) взаимодействия охватывают широкий круг нелинейных явлений: возбуждение второй гармоники, генерацию суммарных и разностных волн, параметрическое усиление и распадную неустойчивость. Первые представления о протекании этих явлений были получены при рассмотрении взаимодействий плоских монохроматических волн. Однако этих сведений явно не достаточно для объяснения всего многообразия нелинейных волновых процессов, протекающих в реальных условиях. На практике мы имеем дело с модулированными волнами, ограниченными в пространстве и во времени. Это обстоятельство принципиально меняет всю картину нелинейного взаимодействия волн.
Волновые пучки и пакеты относятся к важному классу модулированных волн. Они представляют собой квазиплоские и квазимонохроматические волны. Огибающие таких волн медленно меняются в процессе их распространения и взаимодействия. Это свойство позволило развить эффективные методы описания дифракционных и нестационарных явлений при взаимодействии волновых пакетов и пучков.
Дифракция и дисперсия волн изменяют протекание трехчастотных взаимодействий. Вследствие дисперсии пакеты разных частот распространяются с различными скоростями, испытывают расплывание. Дифракция пучков меняет их амплитудные и фазовые профили, что влияет на характер энергообмена между волнами уже на линейной стадии. Более того, при достаточно больших интенсивностях вместо известных и привычных закономерностей поведения волновых пучков и пакетов в линейных средах возникает новый класс чрезвычайно важных и интересных нелинейно-дифракционных и нелинейно-дисперсионных явлений. При сильных взаимодействиях можно наблюдать параметрическую диффузию и компрессию импульсов, захват трех пакетов в связанные солитоны, взаимофокусиров-
7 ку и взаимокомпрессию и т.д. Обсуждение перечисленных выше явлений, их теоретическое описание и составляет цель этой книги. Следует отметить, что до сих пор в литературе отсутствовало достаточно полное и систематическое изложение проблем трехчастотных взаимодействий волновых пучков и пакетов.
Содержание книги можно разделить на следующие разделы. В главе 1 изливается квазиоптический подход к описанию трехволновых взаимодействий в анизотропных диспергирующих средах. В последующих шести главах представлены взаимодействия модулированных волн в условиях расстройки групповых скоростей и лучевых векторов. Сначала рассматриваются нестационарные эффекты, обусловленные модуляцией слабых сигналов, а затем - модуляцией волны накачки. Отдельно обсуждается проблема солитонов в средах с относительной дисперсией первого порядка. Четыре главы, с восьмой по одиннадцатую, посвящены описанию взаимодействия волновых пакетов во втором приближении теории дисперсии и взаимодействию волновых пучков в рамках нелинейной квазиоптики (параболических уравнений).
Среди новых волновых эффектов выделяется аномальная дифракция пучков при распадной неустойчивости плоской волны накачки, переходящая в нелинейной стадии во в заи мо фокусировку волн. Обсуждается также дифракционный сбой фаз при взаимодействии волновых пучков. С дифракционной некогерентностью связано принципиальное ограничение уровня перекачки энергии основного излучения во вторую гармонику. В заключительных двух главах кратко обсуждаются особенности взаимодействия световых волн с молекулярными колебаниями и поляритонным излучением. Здесь помимо волновой проявляется локальная нестационарность, связанная с конечными временами молекулярной релаксации.
Изложение основного материала книги отталкивается от проблем нелинейной оптики. Однако в силу общности понятий о волновых пучках и пакетах, дифракции и дисперсии волн многие закономерности, установленные на примере взаимодействия световых волн, в равной степени относятся к волнам другой физической природы. Поэтому автор надеется, что книга представит интерес не только для специалистов в области нелинейной оптики, но и для более широкого круга физиков, изучающих нелинейные волны.
Материал отдельных глав книги был прочитан автором на Международных школах по когерентной оптике (Бехине, ЧССР — 1982; Бухарест, CPP - 1983; Янека Долина, ЧССР - 1987; Тбилиси - 1987), на физиче-5 ском факультете Московского университета для слушателей спецотделения "Лазерная техника" в курсе "Дифракционные и дисперсионные явле-» ния в нелинейных средах" и для студентов радиофизического отделения в курсе "Теория волн". Поэтому книга по стилю изложения материала близка к учебному пособию и может быть использована при чтении спецкурсов по ряду специализаций. В книге описание электромагнитных волн ведется в гауссовой системе единиц.
