В работах /1,2/ было показано, что восстановление трехмерного изображения объекта, освещенного лазерным излучением, при вынужденном комбинационном рассеянии света происходит в результате дифракции ВКР на динамических голограммах, возникающих в нелинейной среде. Целью настоящей работы является экспериментальное выяснение основного физического механизма, приводящего к регистрации волнового фронта лазерного излучения и восстановлению изображения при ВКР света в среде, показатель преломления которой слабо зависит от интенсивности проходящего излучения, а также изучение влияния насыщения усиления ВКР на эффект восстановления. Эффект восстановления исследовался в жидком азоте при ВКР, распространяющемся навстречу лазерному излучению "назад". Постоянная Керра жидкого азота мала, и при достижении порога в областях самофокускровки концентрируется относительно небольшая часть энергии ВКР /3/.

25∙10^-9 с и гигантским импульсом рубинового лазера с максимальной мощностью 30 Мвт и длительностью 20∙10^-9 с. При возбуждении ВКР неодимовым лазером исследования проводились в условиях, когда не достигалась пороговая мощность ВКР самофокусировки света. Экспериментальная установка детально описана в наших предыдущих работах /1,2,4/. Отметим, что возбуждающее излучение, освещавшее полупрозрачный объект-транспарант, фокусировалось в дьюар с жидким азотом. Толщина рассеивающего слоя составляла 100 мм. Экспериментально наблюдалось восстановление изображения объекта в случае ВКР "назад" и одновременно измерялась энергия ВКР "назад" при разных уровнях энергии накачки. Энергия накачки варьировалась нейтральными светофильтрами. Энергия ВКР определялась путем измерения площади, ограниченной временной разверткой исследуемого импульса, сфотографированной с экрана осциллографа И2-7. Градуировка И2-7 была выполнена с помощью измерителя мощности ИМО-2 и нейтральных светофильтров с различной пропускаемостью. Исследовалось восстановление изображения объекта при ВКР "назад" при различных вариантах распределения плотности мощности накачки вдоль кюветы с рассеивающим веществом, при постоянной энергии импульса накачки. Это достигалось путем использования для фокусировки возбуждающего излучения линз с различными фокусными расстояниями f и перемещением дьюара относительно фокальной области линзы. Распределение плотности мощности накачки Р вдоль оси пучка для линз с фокусом f=60 мм и f=380 мм представлено на рис.1. U-расстояние от точки фокуса линзы до входного окна кюветы. На рис.1 на кривых обозначены значения Р, при которых в пучке ВКР "назад" мы наблюдали восстановление четкого изображения объекта (+), нечеткого изображения (о), и изображение не восстанавливалось (о). Перемещение кюветы (изменение расстояния U) при постоянной энергии накачки приводило к изменению плотности мощности накачки на входе в рассеивающую среду. Полученные экспериментальные результаты показывают, что при малых значениях U, т.е. при больших Р в плоскости входного окна кюветы, изображение объекта в пучке ВКР "назад" не восстанавливалось. При смещении дьюара ближе к линзе, что соответствовало увеличению расстояния U и уменьшению плотности

Рис.1. Восстановление изображения объекта в пучке ВКР "назад" при возбуждении лазерным излучением, сфокусированным в среду линзами с фокусными расстояниями f₁; f₂:

Л - фокусирующая линза; К - дьюар с жидким азотом; F - фокус линзы; V - расстояние от фокуса линзы F до входного окна дьюара; Р - плотность мощности накачки в плоскостях, перпендикулярных оптической оси (х) системы; λ₀ - длина волны возбуждающего излучения; - восстанавливается четкое изображение объекта при ВКР "назад"; - изображение восстанавливается, но нечеткое; - изображение не восстанавливается.

мощности Р , в плоскости входного окна дьюара, появлялось изображение, которое становилось все более четким. Начиная с некоторой величины Р₀, дальнейшее уменьшение входного значения Р практически не влияло на качество восстановленного изображения, только изменялось его поперечное N и продольное увеличение в соответствии с законами голографии. Как видно из рис.1, минимальное расстояние U₀, при котором в пучке ВКР

"назад" наблюдалось четкое изображение, увеличивалось в случае использования для фокусировки лазерного излучения более длиннофокусной линзы. Восстановление четкого изображения при ВКР для линз с разным фокусным расстоянием (см.рис.1) начиналось при одинаковой плотности мощности накачки Р₀.

Полученные результаты объясняются из следующих представлений. При фокусировке возбуждающего света в среду, наиболее эффективно ВКР возбуждается в фокальной области линзы, т.е. в области максимальной концентрации энергии накачки. Именно в этой области прежде всего возникает насыщение усиления ВКР, приводящее к тому, что в пучке ВКР не воспроизводится пространственная интерференционная картина пучка накачки и не имеет места восстановление изображения объекта путем дифракции ВКР на усиливающих голограммах. В связи с этим восстановление изображения объекта в пучке ВКР "назад" должно ухудшаться при уменьшении расстояния U, поскольку при малых U область высокой плотности мощности накачки Р, т.е. область насыщения усиления, может занимать практически все рабочее пространство кюветы (от входного окна до фокуса линзы F). Использование для фокусировки возбуждающего излучения более длиннофокусной линзы при постоянном значении U приводит к уменьшению диаметра и увеличению Р пучка накачки на входе в рассеивающую среду, вследствие чего длина области насыщения увеличивается, а вместе с ней расширяется диапазон значений U, в котором отсутствует восстановление изображения при ВКР "назад".

Для непосредственной проверки влияния усиления на эффект восстановления волнового фронта при ВКР "назад" в настоящей работе проводилось сопоставление восстановления изображения с ходом зависимости энергии ВКР от энергии возбуждающего света. На рис.2 приведены энергетические кривые, полученные экспериментально при различных сочетаниях фокусного расстояния линзы и глубины фокусировки U возбуждающего излучения в вещество. По оси абсцисс отложена энергия лазерного излучения (Е₀), по оси ординат - энергия пучка ВКР "назад" (Е_вкр) в джоулях в логарифмическом масштабе. Кривая I соответствует случаю, когда лазерное излучение фокусировалось в жидкий азот линзой f = 60 мм, при этом расстояние U = 50 мм; кривая II получена с той же линзой, но при меньшем U = 15 мм; кривая III получена в условиях, когда лазерное излучение фокусировалось линзой f=230 мм, а глубина фокусировки U = 50 мм, так же, как для кривой I. Экспериментальные точки, соответствующие Е_вкр, при котором наблюдалось восстановление четкого изображения, обведены кружком.

Из рис.2 видно, что восстановление изображения при ВКР "назад" всегда определенным образом связано с ходом энергетической кривой, что при любых сочетаниях f и U восстановление изображения объекта в пучке ВКР "назад" имело место лишь в том интервале энергий накачки, в котором отсутствовало насыщение усиления ВКР. В области глубокого насыщения восстановление изображения не наблюдалось. Изменение фокусного расстояния линзы f и глубины фокусировки U возбуждающего излучения в рассеивающую среду приводило к изменению хода энергетической

Е_вкр - энергия ВКР "назад"; Е₀ - энергия возбуждающего излучения; I, II, III - кривые, полученные при различных сочетаниях f и U;

I - f = 60 мм, U = 50 мм,

II - f = 60 мм, U = 15 мм,

III - f =230 мм, U = 50 мм.

Кружками обведены экспериментальные значения Е₀ и Е_вкр, при которых восстанавливается четкое изображение объекта.

зависимости Е_вкр от Е₀, а также к изменению диапазона энергий накачки Е₀, при котором имело место восстановление изображения объекта. Например, увеличение фокусного расстояния линзы f при постоянной глубине фокусировки возбуждающего излучения в рассеивающую среду приводило к тому, что насыщение усиления ВКР и связанное с ним нарушение восстановления волнового фронта наступало при меньших энергиях накачки Е₀ по сравнению с короткофокусной линзой (кривые I и III рис.2).

1. А.И.Соколовская, Г.Л.Бреховских. ДАН СССР, 233, 630, 1978.