Scientific journal
International Journal of Experimental Education
ISSN 2618–7159
ИФ РИНЦ = 0,839

1 1
1

Динамическая голография используется в таких областях, как оптическая обработка информации, оптическая связь, управление световыми потоками [1-3]. На основе динамических голографических преобразователей создаются логические элементы ЭВМ с быстродействием до 10-12 с, системы оперативной памяти, управляемые транспаранты, оптические переключатели, ответвители и др. устройства оптоэлектроники, оптические корреляторы, служащие для голографического распознавания образов и т.д. [2].

Одной из основных научно-исследовательских задач является поиск материалов с высокой чувствительностью. Развитие нанотехнологий привело к широкому использованию наноматериалов, в том числе наножидкостей. Многокомпонентные нанодисперсные среды (жидкофазные смеси, суспензии, эмульсии) характеризуются наличием целого ряда специфических механизмов нелинейности, которые отсутствуют в однокомпонентных средах. В частности, к ним относятся концентрационные нелинейности, обусловленные перераспределением компонент двухфазной среды в поле лазерного излучения. При этом концентрационные потоки в среде могут вызываться различными механизмами взаимодействия излучения с веществом [3-4].

К концентрационным механизмам дрейфа частиц в неоднородном температурном поле относятся термодиффузия (термофорез) в газах, суспензиях, эффект Соре в жидкофазных бинарных смесях [4-5]. В микрогетерогенной среде с различными показателями преломления компонентов на микрочастицы в электромагнитном поле действуют электрострикционные силы, которые также могут быть причиной возникновения концентрационных потоков [6]. В зависимости от знака поляризуемости микрочастицы могут втягиваться (если показатель преломления вещества дисперсной фазы больше, чем дисперсионной среды) или выталкиваться (в обратном случае) из областей с большей напряженностью электрического поля Е электромагнитной волны.

Поэтому для оценки эффективности записи динамической голограммы, наряду с коэффициентом кубичной нелинейности ivan01.wmf, мы предлагаем использовать более информативный параметр – голографическую чувствительность по энергии [2]:

ivan02.wmf [м2/Дж], (1)

где α– коэффициент поглощения среды, λ – длина волны излучения, τ – время релаксации нелинейного отклика. Для фазовой голограммы величина данного параметра соответствует минимальной энергии записывающего излучения, необходимой для изменения оптической толщины слоя среды на длину волны излучения и полностью характеризует дифракционную эффективность тонкой голограммы.

Найдем параметр голографической чувствительности для концентрационной нелинейности. В нанодисперсной среде с частицами радиуса, много меньше длины волны излучения l, показатель преломления среды пропорционален концентрации частиц (для сильноразбавленных систем)

ivan03.wmf, (2)

где ivan04.wmf; n1 и n2 – показатели преломления вещества дисперсионной среды и дисперсной фазы соответственно, ivan05.wmf – объемная доля дисперсной фазы, r – радиус микрочастиц, C – концентрация наночастиц. Тогда для любого концентрационного механизма нелинейности имеем:

ivan06.wmf. (3)

В работе [7] получено выражение для голографической чувствительности дисперсной среды с учетом обоих концентрационных механизмов:

ivan07.wmf. (4)

При этом термоиндуцированная нелинейность жидкофазной двухкомпонентной среды определяется коэффициентами термодиффузии и диффузии ivan08.wmf – 1-е слагаемое, а электрострикционная – поляризуемостью микрочастицы γ (2-е слагаемое). Для слабопоглощающей среды коэффициент поглощения должен быть заменен на коэффициент экстинкции. Как видно из (4), оба механизма могут либо усиливать, либо ослаблять друг друга, в зависимости от знаков коэффициента термодиффузии и поляризуемости дисперсных частиц. Полученное выражение демонстрирует чувствительность термодиффузионного нелинейного механизма к пространственной частоте голографической решетки (в отличие от тепловой нелинейности однокомпонентных сред). Как показывают оценки и результаты экспериментальных работ для обеих концентрационных нелинейностей параметр голографической чувствительности в нанодисперсиях может достигать ivan09.wmf см2/Дж.

Таким образом, показано, что наибольшую величину параметра голографической чувствительности среди материалов с нерезонансными механизмами оптической нелинейности обеспечивают термодиффузионный и электрострикционный механизмы концентрационной нелинейности жидкофазных нанодисперсных сред.

Поскольку параметры известных материалов образуют дискретный набор, обычно возникает проблема выбора среды с характеристиками, оптимальными для конкретного применения. Наиболее перспективны в этом смысле также наносреды, очевидное преимущество которых, в частности, состоит в возможности изменения объемной доли различных компонент и их состава, то есть управления (в том числе в реальном масштабе времени) их параметрами [8].