Самофокусировка излучения в прозрачной наносуспензии
В.И. Иванов, А.В. Мяготин
ФГБОУ ВО «Дальневосточный государственный университет путей сообщения»
DOI: 10.26456/pcascnn/2025.17.059
Краткое сообщение
Аннотация: Самофокусировка излучения обычно рассматривается как нелинейный эффект в среде с положительным коэффициентом кубичной нелинейности. Такой нелинейностью обладают наносуспензии за счет электрострикционных потоков наночастиц в неоднородном световом поле. Описание данного типа нелинейности традиционно ограничивается рассмотрением режима слабых
интенсивностей светового поля. В этом случае квазистационарное изменение концентрации наночастиц прямо пропорционально интенсивности излучения. Поэтому анализ самовоздействия излучения соответствует классическому случаю. В данной работе проанализирован режим самофокусировки гауссова пучка в прозрачной наносуспензии при больших интенсивностях излучения, когда отклик среды уже не соответствует кубичной нелинейности. Приведено решение нелинейной стационарной задачи светоиндуцированного переноса наночастиц в жидкой среде под
действием электрострикционных сил при больших интенсивностях излучения. Полученный результат демонстрирует экспоненциальную зависимость изменения концентрации наночастиц от интенсивности излучения. Это кардинально отличается от режима слабых интенсивностей, где изменение концентрации находится в линейной зависимости от интенсивности. В классическом случае кубичной нелинейности режим самофокусировки определяет полная мощность пучка. Рассмотренная модель демонстрирует существенное снижение критической мощности самофокусировки при высоких интенсивностях излучения, использование которых является более
предпочтительным для экспериментального осуществления режима самофокусировки.
Ключевые слова: самовоздействие излучения, кубичная нелинейность, электрострикция, наносуспензия, самофокусировка, критическая мощность, оптическая диагностика
- Иванов Валерий Иванович – д.ф.-м.н., профессор кафедры физики и теоретической механики, ФГБОУ ВО «Дальневосточный государственный университет путей сообщения»
- Мяготин Артем Владимирович – старший преподаватель кафедры физики и теоретической механики, ФГБОУ ВО «Дальневосточный государственный университет путей сообщения»
Ссылка для цитирования:
Иванов, В.И. Самофокусировка излучения в прозрачной наносуспензии / В.И. Иванов, А.В. Мяготин // Физико-химические аспекты изучения кластеров, наноструктур и наноматериалов. - 2025. - Вып. 17. - С. 059-066. DOI: 10.26456/pcascnn/2025.17.059. ⎘
Полный текст: загрузить PDF файл
Библиографический список:
1. Shen, Y.R. The principles of nonlinear optics / Y.R. Shen. – New York: John Wiley & Sons, 1984. – 576 p.
2. Dobek, K. Thermal lensing: outside of the lasing medium / K. Dobek // Applied Physics B. –2022. – V. 128. – I. 2. – Art. № 18. – 21 p. DOI: 10.1007/s00340-021-07718-2.
3. Иванов, В.И. Самовоздействие гауссова пучка излучения в слое жидкофазной микрогетерогенной среды / В.И. Иванов, А.И. Ливашвили // Оптика атмосферы и океана. – 2009. – Т. 22. – № 8. – С. 751-752.
4. Cabrera, H. A thermal lens model including the Soret effect / H. Cabrera, E. Sira, K. Rahn, M. García-Sucre // Applied Physics Letters. – 2009. – V. 94. – I. 5. – P. 051103-1-051103-3. DOI: 10.1063/1.3078287.
5. Иванов, В.И. Влияние термодиффузии на термолинзовый отклик в жидкофазной дисперсной среде / В.И. Иванов, Г.Д. Иванова, В.К. Хе // Физико-химические аспекты изучения кластеров, наноструктур и наноматериалов. – 2013. – Вып. 5. – С. 112-115.
6. Ivanov, V.I. Light induced lens response in nanosuspension/ V.I. Ivanov, G.D. Ivanova, V.K. Khe // Proceedings of the SPIE. – 2016. – V. 10176. – Art. № 101760V. – 8 p. DOI: 10.1117/12.2268263.
7. Иванов, В.И. Самовоздействие гауссова пучка в жидкофазной микрогетерогенной среде / В.И. Иванов, Ю.М. Карпец, А.И. Ливашвили, К.Н. Окишев // Известия Томского политехнического университета. – 2005. – Т. 308. – № 5. – С. 23-24.
8. Lee, W. Nonlinear optical response of colloidal suspensions / R. El-Ganainy, D. Christodoulides, K. Dholakia, E. Wright // Optics Express. – 2009. – V. 17. – I. 12. – P. 10277-10289. DOI: 10.1364/OE.17.010277.
9. Vicary, L. Pump-probe detection of optical nonlinearity in water-in-oil microemulsion // Philosophical Magazine B. – 2002. – V. 82. – I. 4. – P. 447-452. DOI: 10.1080/13642810208223133.
10. Иванов, В.И. Электрострикционный механизм светолинзового отклика в наносуспензии / В.И. Иванов, А.В. Мяготин, Г.Д. Иванова // Физико-химические аспекты изучения кластеров, наноструктур и наноматериалов. – 2017. – Вып. 9. – С. 205-209. DOI: 10.26456/pcascnn/2017.9.205.
11. Gordon, R. Particle-optical self-trapping / R. Gordon, J.T. Blakely, D. Sinton // Physical Review A. – 2007. – V. 75 – I. 5. – P. 055801-1-055801-4. DOI: 10.1103/PhysRevA.75.055801.
12. Pai, C. Non-linear optical studies of colloidal nanofluids / C. Pai, M. Shalini, P. Agnel et al. // International Journal of Chemical and Physical Sciences. – 2014. – V. 3. – №. 5. – P. 44-51.
13. Myagotin, A.V. Transient gratings in the transparent nanoliquid / A.V. Myagotin, V.I. Ivanov, G.D. Ivanova // Proceedings of the SPIE. – 2017. – V. 10176. – Art. № 101761Z. – 6 p. DOI: 10.1117/12.2268272.
14. Pai, C. Nonlinear and magneto-optical effects in magnetic nanofluids / C. Pai, H. Muthurajan, N. Momin, M. Shalini, S. Radha // ScienceJet. – 2015. – V. 4. – Art. № 114. – 6 p.
15. El-Ganainy, R. Optical beam instabilities in nonlinear nanosuspensions // R. El-Ganainy, D.N. Christodoulides, Z.H. Musslimani et al. // Optics Letters. – 2007. – V. 32. – I. 21. – P. 3185-3187. DOI: 10.1364/OL.32.003185.
16. Pobegalov, G. Low-power optical bistability and hysteresis in the laser system with absorbing nanosuspension / G. Pobegalov, P. Agruzov, I. Ilichev, A. Shamray // Optics Letters. – 2014. – V. 39. – I. 9. – P. 2819-2822. DOI: 10.1364/OL.39.002819.
17. El-Ganainy, R. Soliton dynamics and self-induced transparency in nonlinear nanosuspensions / R. El-Ganainy, D.N. Christodoulides, C. Rotschild, M. Segev // Optics Express. – 2007. – V. 15. – I. 16. – P. 10207-10218. DOI: 10.1364/OE.15.010207.
18. Kelly, T.S. Guiding and nonlinear coupling of light in plasmonic nanosuspensions / T.S. Kelly, Y.-X. Ren, A. Samadi et al. // Optics Letters. – 2016. – V. 41. – I. 16. – P. 3817-3820. DOI: 10.1364/OL.41.003817.
19. Ivanov, V. Light-induced thermodiffusion in two-component media / V. Ivanov, G. Ivanova, K. Okishev, V. Khe // IOP Conference Series: Materials Science and Engineering. – 2017. – V. 168. – Art. № 012045, – 4 p. DOI: 10.1088/1757-899X/168/1/012045.
20. Bialkowski, S.E. Photothermal spectroscopy methods for chemical analysis / S.E. Bialkowski // In: Chemical Analysis: A Series of Monographs on Analytical Chemistry and Its Applications. – V. 134. – New York: Wiley-Interscience, 1996. – xxix + 584 p.
21. Ovseychook, O.O. Thermal lens spectroscopy in two-component liquid / O.O. Ovseychook, V.I. Ivanov, G.D. Ivanova // Journal of Physics: Conference Series. – 2018. – V. 1038. – Art. № 012091. – 5 p. DOI: 10.1088/1742-6596/1038/1/012091.