Нелинейная динамика оптических систем с распределенной обратной связью

Координатор: к.ф.-м.н. Николаев И.П.

Рис. 1

Рис. 2

Исследование нелинейных оптических систем с пространственно-распределенной обратной связью является одним из основных направлений научной работы в нашей лаборатории. Подобные системы удобно строить на основе оптически-управляемых жидкокристаллических пространственно-временных модуляторов света (ЖК-ПВМС). Такое устройство трансформирует модуляцию интенсивности записывающего светового пучка в фазовую модуляцию считывающего. В свою очередь, контур оптической обратной связи осуществляет фазово-амплитудное преобразование, основанное на одном из следующих физических эффектов: интерференции, дифракции, пространственной фильтрации или их комбинации. В результате, система с распределенной оптической обратной связью, содержащая в качестве нелинейного элемента ЖК-ПВМС, становится генератором оптических структур, которые могут быть как стационарными, так и динамическими. Тип возникающих структур зависит от выбранного способа осуществления фазово-амплитудного преобразования в контуре обратной связи. Также видом и параметрами этих оптических структур можно управлять, применяя геометрические преобразования пучка обратной связи (такие как линейная трансляция, поворот и изменение масштаба).

Нам удалось экспериментально наблюдать и исследовать следующие типы оптических структур: бегущие фронты, ведущие центры (генерирующие кольцевые волны, сходящиеся в ведущем центре или расходящимися из него), оптические ревербераторы, спиральные волны, роллы, гексагоны, а также пространственно-временной оптический хаос. Изучая такие оптические структуры, мы стараемся сравнивать экспериментальные данные, аналитические результаты и результаты численных расчетов для того, чтобы лучше понять общие свойства пространственно-распределенных нелинейных систем.

В течение последних трех лет мы развиваем новое направление в рамках исследования оптических структур, связанное с использованием азосодержащих полимеров в качестве нелинейных элементах в системах с распределенной обратной связью. Эта идея представляется перспективной с точки зрения поиска новых пространственно-временных режимов, которые можно наблюдать в подобных системах. Это ожидание основано на том, что оптическая нелинейность азосодержащих полимеров имеет более сложный характер, нежели нелинейность Керровского типа, свойственная для ЖК-ПВМС: лазерное излучение локально изменяет не только показатель преломления облучаемого полимера, но и его коэффициент поглощения. В настоящее время наш интерес связан как с изучением воздействия лазерного излучения на оптические свойства азосодержащих полимеров, так и с реализацией различных конфигураций систем с оптической обратной связью, основанных на пленочных транспарантах, изготовленных из таких полимеров.

Наши исследования нелинейной динамики оптических систем с распределенной обратной связью проходят в тесном сотрудничестве с нашими зарубежными коллегами и друзьями. Среди них проф. Владимир Ватагин (Университет Турина, Италия), д-р Стефания Резидори (Институт нелинейности, Ницца, Франция) и многие другие.

ПУБЛИКАЦИИ:

Larichev A.V., Nikolaev I.P., and Chulichkov A.L., Spatiotemporal period doubling in a nonlinear interferometer with distributed optical feedback, Opt. Lett. 21 (1996) 1180.

Ramazza P., Residori S., Pampaloni E., and Larichev A.V., Transition to space-time chaos in a nonlinear optical system with two-dimensional feedback, Phys. Rev. A 53 (1996) 400.

Nikolaev I.P., Larichev A.V., Degtiarev E.V., and Wataghin V., An optical feedback nonlinear system with a Takens-Bogdanov point: experimental investigation, Physica D 144 (2000) 221.

Wataghin V., Nikolaev I.P., Degtiarev E.V., Larichev A.V., and Nesterouk M.Yu, Nonlinear optical systems with multiparameter bifurcations, Laser Physics 11 (2001) 555.

Nikolaev I.P., Nesterouk K.S., Larichev A.V., and Wataghin V., Analytical description of the effect of laser radiation on optical properties of amorphous azo-containing polymers, Laser Physics 12 (2002) 978.

Иванов П.В. Диссертация на соискание ученой степени кандидата наук (предварительная версия). Глава 1. "Адаптивная система со сдвиговым интерферометром в цепи оптической обратной связи в отсутствие модуляции интенсивности". 2003.