Розглядається проблема розповсюдження оптичних вихорів в багатомодових волокнах. Показано яких структурних змін дізнають хвильова і променева поверхні при переході із вільного простору в середовище волокна. Записане рівняння неперервності для потоку кутового момента вихора в неоднорідному середовищі.

Розглянуто динаміку таких топологічних об'єктів, як фазові вихорі, екстремуми та сідла, що розташовані на хвильовому фронті монохроматичного світлового пучка, утвореного зі звичайного гауссового пучка та "сингулярного" пучка, що містить оптичний вихор у гауссовій обвідній. Вперше визначено топологічні явища, що супроводжують народження, анігіляцію та рух оптичних вихорів.

Індекс рубрикатора НБУВ: В343.423

Шифр НБУВ: Ж26988 Пошук видання у каталогах НБУВ 

Запропоновано новий підхід для розуміння явища обертання зображення оптичною системою, що грунтується на обертальному ефекті Допплера. Довільне зображення можна представити у вигляді суперпозиції мод Лагерра - Гаусса, які набувають фазового зсуву завдяки обертальному ефекту Допплера. Результат інтерференції мод з фазовим зсувом в точності відтворює обертання зображення як цілого. Наведено деякі приклади, що ілюструють запропоновану інтерпретацію, а також обговорено можливі прикладні аспекти для аналізу структури зображення.

Розвинуто двовимірну модель для якісного дослідження просторової динаміки стаціонарних світлових полів з розривами хвильового фронту, що містять у собі оптичні вихорі або істотні амплітудні неоднорідності. Побудовано теорію синтезу оптичних вихорів у гауссовому пучку за допомогою фазового клина. Числовим моделюванням знайдено оптимальні параметри клина для ефективної генерації вихора, близького до ідеального за амплітудним розподілом поблизу його осі.

Побудовано теорію виникнення оптичних вихорів у разі асиметричного збурення пучка з початково гладким хвильовим фронтом. Теорія грунтується на розвинутій двовимірній математичній моделі дифракції як дифузії поперечних хвиль збурення. Розглянуто два можливих механізми виникнення оптичних вихорів у комбінованих гауссових пучках і дифракції плоскої хвилі на дузі. Народження вихорів розглянуто як аналог добре відомого випадку народження вихорів унаслідок магніто-гідродинамічної нестабільності тангенціального розриву швидкості потоку. Проаналізовано умови її виникнення й еволюції у просторі. Всі відомі випадки лінійного та нелінійного народження вихорів можна описати у межах розглянутих механізмів.

Розвинено теорію дифракції сингулярного світлового пучка на непрозорому екрані з прямолінійним краєм, що перекриває серцевину оптичного вихору. Показано, що дифракція сингулярного пучка значно відрізняється від дифракції світлових пучків з початково гладким хвильовим фронтом. Описано унікальну властивість сингулярного пучка - відновлення гелікоїдальної структури хвильового фронту на певній відстані позаду екрана завдяки впливу довгохвильових поперечних збурень. Цей ефект спостерігається разом зі складною просторовою динамікою утворення та анігіляції вторинних короткоживучих "дифракційних" вихорів. Розглянуто дифракцію одно- та багатозарядового сингулярних пучків. Визначено час та параметри регенерованої структури на основі розвинутої математичної моделі та шляхом аналізу розподілів амплітуди, фази та орбітального кутового моменту пучка.

Індекс рубрикатора НБУВ: В343.12

Рубрики:

Хвильова теорії світла. Електромагнітна теорія світла

Шифр НБУВ: Ж26988 Пошук видання у каталогах НБУВ 

Розглянуто основні принципи поляризаційної голографії та сконцентровано увагу на тонкі фазові голограми, у яких двозаломлення в точності досягає властивості напівхвильової пластини. Проаналізовано метод керування фазою за допомогою оптичних елементів з просторовим розподілом осі двозаломлення. "Напівхвильова" поляризаційна голограма може досягати 100 %-ної дифракційної ефективності у єдиному порядку дифракції. Просторова орієнтація осі двозаломлення визначена для циліндричних та сферичних фокусуючих елементів.

Проаналізовано сингулярні властивості крайової дислокаційної хвилі - основної інформаційної складової поля, що формується під час дифракції плоскої хвилі на півплощині. Показано, що аналітична структура даної хвилі повністю тотожна спіралі Корню, в той час, як для її фізичного моделювання потрібно об'єднання плоскої хвилі з крайовою дислокацією. Дислокації даного типу дуже критичні до дії на них будь-яких амплітудно-фазових збурень, що з урахуванням дії реальних шумів істотно ускладнює їх експериментальне виділення в чистому вигляді. Водночас просторовим положенням такої дислокації можна ефективно управляти, що змінює амплітуду та фазу однієї з хвильових компонент. Обговорено особливості структурної еволюції поля у разі ускладнення форми дифракційної апертури.

Проведено пряме тестування прострової структури гелікоїдального хвильового фронту оптичних вихорів з використанням різних інтерференційних методик і прецизійних методів вимірювань. Результати експерименту порівняно з результатами комп'ютерного моделювання. Визначено коло питань, де використання тієї чи іншої інтерференційної методики тестування оптичних вихорів має переваги.

Одержано високоефективні дифракційні елементи для генерації високоякісних лазерних пучків із фазовими сингулярностями. Описано метод запису таких елементів на органічному фоторезисті з подальшим одержанням реплік на прозорих і відбивних матеріалах. Синтезовано та записано осьові та позаосьові голограми вихорів різних порядків. Досліджено експозиційні характеристики фоторезиста Shipley S1800. Максимально одержана дифракційна ефективність складала 30 % (у схемі з нормальним падінням). Досліджено якість розподілів інтенсивності та фази. Показано, що більш, ніж 90 % енергії променя добре співпадає з теоретичним розподілом і має відносне співпадання не гірше, ніж 0,8. Дифракційні елементи, записані на фоторезисті, генерують пучки значно краще за якістю й ефективністю, ніж елементи, записані на срібній фотоемульсії. Вони успішно використовуються в експериментальних дослідженнях лабораторії.

In this work, we have firstly realized and investigated reversible transformations of vortex-free and singular optical complex landscapes appearing in a He-Ne laser beam transmitted through a PDLC cell, which is controlled by an applied DC voltage. Biaxes of all micro size LC domains are oriented approximately along the applied electric field, and vortex-free complex landscape exists at 200 V. At 160 V, biaxes orientation spreads, and the first 'embryo' of vortices in the form of a smooth phase step appears. The first vortex pair nucleates at 140 V. Multitude of vortex pairs is realized when electric field is switched off. Reversed evolution is realized when the applied DC voltage grows from zero value to 200 V. It was shown that the observed topological evolution is fully defined by changes in structure and localization of real and imaginary zero-intensity lines for output complex light field. The developed technique of parametric dynamics can be applied successfully to realize and investigate various types of controlled optical elements including media with nanoadditions.

Утворення агрегатів багатостінкових вуглецевих нанотрубок, диспергованих у нематичному рідкому кристалі 5СВ, досліджено різними методами (мікроскопія, оптичне пропускання, електропровідність, диференціальна сканувальна калориметрія і методи сингулярної оптики). Здійснено моніторинг формування агрегатів у часовому масштабі декількох годин та запропоновано фізичну модель, яка описує їх утворення. Припускається, що агрегати складаються зі "скелета" із нанотрубок, упорядкованих у стохастичну фрактальну структуру, та оболонки ("шуби") з інкорпорованих та прилеглих молекул нематика. Агрегати цього типу ("S-агрегати") можна розглядати як квазімакроскопічні частинки у нематичній матриці. Експериментальні результати, одержані за різними методами, узгоджуються між собою та з пропонованою фізичною картиною.

Проведено порівняльні дослідження утворення агрегатів вуглецевими нанотрубками різної геометрії, диспергованими у нематичному рідкому кристалі 5СВ. Картина агрегації виявилася подібною для багато- (БСНТ) та одностінкових нанотрубок, без істотного впливу аспектного відношення. В той же час, для "коротких" БСНТ концентраційний поріг агрегації був у кілька разів вищим у порівнянні з "довгими". Запропоновано модель, яка описує можливі ефекти вигинання нанотрубок, що орієнтуються рідкокристалічним середовищем, причому процес агрегації контролюється ефективними значеннями довжини нанотрубки та її аспектного відношення. Одержані результати дають узгоджену картину, яка пов'язує геометричні параметри нанотрубок, їх концентрацію у нематичній дисперсії, параметр орієнтаційного порядку, залежне від температури оптичне пропускання дисперсії та швидкість утворення агрегатів, що визначає часову стабільність одержаних композитних матеріалів.

Проведено порівняльні дослідження дисперсій анізотропних частинок різних типів у холестеричних рідких кристалах, а саме, стрижнеподібних вуглецевих нанотрубок (ВНТ) і платівкоподібних ексфолійованих частинок органомодифікованих глин - лапоніту та монтморилоніту. Для характеризації використано спектри селективного відбивання холестеричної планарної текстури та зміни величини оптичного пропускання за температури переходу в ізотропну фазу. Відзначено значні відмінності для систем із ВНТ на базі суто стероїдних матриць і нематико-холестеричних сумішей із нематичним 5СВ, які, вірогідно, відображають різницю у взаємодії ВНТ із ароматичними та неароматичними молекулами. Вплив платівок глин на селективне відбивання був значно меншим у порівнянні з ВНТ, що можна пояснити стабілізуючою дією пласких частинок на планарну холестеричну текстуру. Процеси агрегації ВНТ в холестеричних матрицях йдуть значно повільніше, ніж у нематиках, внаслідок більш високої ефективної в'язкості.

Для рідкокристалічних дисперсій вуглецевих нанотрубок (ВНТ) досліджено стабільність їх характеристик у часі трьома різними методами (залежності оптичного пропускання та електропровідності від часу, а також електропровідності від прикладеної напруги за умов переходу Фредерікса). Одержані результати вказують на те, що індукція спірального закручування у нематичній матриці значно уповільнює процес агрегації ВНТ, причому похідні холестерину діють більш ефективно, ніж нестероїдні оптично активні допанти. Це надає можливість розглядати такі дисперсії як перспективні функціональні матеріали з підвищеною часовою стабільністю.

Проведено порівняльні дослідження багато- та одностінкових вуглецевих нанотрубок (ВНТ), диспергованих у нематичній рідкокристалічній матриці. За однакових експериментальних умов відзначено різницю між багато- та одностінковими ВНТ. Найбільш істотною відмінністю є в 3 - 4 рази більшою оптична густина у нематичній фазі та значно більшим вплив на діелектричну проникність за низьких частот у разі використання одностінкових ВНТ. Це можна пояснити різницею у величинах питомої поверхні для однакових концентрацій одно- та багатостінкових нанотрубок.

Наведено результати з оптичного пропускання та селективного відбивання для дисперсій одностінкових вуглецевих нанотрубок (ОВНТ) у холестеричних рідких кристалах, що містять суміш естерів холестерину та азоксинематик ЖК-440. Показано, що оптична густина змінюється суттєво нелінійно з концентрацією ОВНТ, з мінімумом, який трактується як наслідок утаорення агрегатів нанотрубок стекінгового типу. Положення мінімуму, як і довжина хвилі максисуму селективного відбивання (крок спіралі), чутливі до частково оборотних ефектів УФ-індукованої транс-цис-транс ізомеризації. Показано, що внесення вуглецевих нанотрубок спричиняє лише незначний вплив на УФ-індуковані зміни кроку спіралі. Розглянуто можливості застосування таких матеріалів в оптоелектронних пристроях.

Індекс рубрикатора НБУВ: В3 д(4УКР)

Рубрики:

Фізика

Шифр НБУВ: Ж26988 Пошук видання у каталогах НБУВ