Оптика атмосферы и океана №5 2010 (154,00 руб.)

Стр.1

«Îïòèêà атмосферы и îêåàíà», 23, ¹ 5 (2010) УДК 535.361; 519.245 Рассеяние фемтосекундного лазерного импульса сферическими полидисперсными частицами: моделирование методом Монте-Карло Þ.Ý. Ãåéíö, À.À. Çåìëÿíîâ, Ã.Ì. Êðåêîâ, Ã.Ã. Матвиенко* Институт оптики атмосферы им. В.Е. Зуева СО РАН 634021, ã. Òîìñê, ïë. Академика Çóåâà, 1 Поступила в редакцию 2.02.2009 ã. Представлены результаты численного решения методом Монте-Карло нестационарного уравнения переноса радиации в оптически плотной дисперсной среде. В качестве модели среды предполагалось присутствие полидисперсного жидкокапельного облака. Ультракороткий интенсивный лазерный импульс в процессе распространения стимулирует нестационарные переходные процессы в объеме рассеивающей частицы даже в режиме линейного взаимодействия. В результате этого происходит заметная временная трансформация оптических характеристик среды, в первую очередь индикатрисы рассеяния. Для расчета временной динамики индикатрисы рассеяния прозрачной сферической частицы использовалась нестационарная теория Ми, основанная на Фурье-преобразовании первоначального светового импульса и линейной стационарной теории дифракции на сфере. Рассчитанные оптические характеристики использовались далее как входные параметры при решении задачи многократного рассеяния фемтосекундного импульса в жидкокапельном облаке методом Монте-Карло. Предварительные результаты расчетов указывают на возможность заметного увеличения сигнала обратного рассеяния за счет динамических изменений индикатрисы рассеяния, приводящих к уменьшению фактора анизотропии. Ключевые ñëîâà: рассеяние ñâåòà, фемтосекундный èìïóëüñ, метод Ìîíòå-Êàðëî; light scattering, femtosecond pulse, Monte Carlo method. Введение В настоящее время импульсные фемтосекундные лазеры, пройдя этап разнообразных лабораторных экспериментов, появляются на рынке оптической продукции как новый эффективный инструмент, расширяющий возможности фундаментальных и прикладных исследований. Они находят все более широкое применение в оптической когерентной томографии [1, 2] и биомедицинской оптике [3]. Особенности взаимодействия ультракоротких импульсов с природными дисперсными средами создают физическую основу для использования фемтосекундных лазеров в атмосферно-оптических исследованиях, позволяя снять ряд ограничений, накладываемых на параметры излучения тепловой нелинейностью и оптическим пробоем воздуха [4]. Далее в постановке задачи мы ограничимся режимом линейного распространения, полагая, что пиковая интенсивность импульса не превышает границ филаментации, ò.å. уровня 1012–1013 Âò/ñì2. Однако и в этом случае с укорочением длительности лазерного импульса существенно нестационарным ñòàíî______________ * Юрий Эльмарович Гейнц (ygeints@iao.ru); Александр Анатольевич Землянов (zaa@iao.ru); Георгий Михайлович Креков (gm@iao.ru); Геннадий Матвиенко (mgg@iao.ru). Григорьевич вится сам процесс рассеяния на частицах, размеры которых сопоставимы с геометрическими размерами импульса [5]: появляется временной сдвиг во временных и угловых профилях падающего и рассеянного излучения, изменяются интегральные характеристики рассеяния [6]. Данная статья является продолжением наших теоретико-численных исследований [7–9], связанных с оценкой влияния указанных динамических процессов на пространственно-временные характеристики поля многократного рассеяния в монодисперсном жидкокапельном облаке. Как отмечалось ранее [5, 7], характерной особенностью сверхкороткого лазерного импульса является его широкополосность. Ширина спектра импульса ∆ϕp обратно пропорциональна длительности tp и может составлять ∆ϕp ∼ 1015÷1016 Гц при tp ≈ 10–14÷10–15 ñ. Столь широкий частотный диапазон позволяет осуществить в частице одновременное возбуждение большого числа высокодобротных собственных электромагнитных колебательных мод (моды «шепчущей галереи» – ШГ), существование которых было зафиксировано экспериментально и подтверждено теоретическими расчетами [10, 11]. При совпадении частоты падающей на частицу световой волны с частотой одной из ее собственных мод происходит резонансное возбуждение внутреннего оптического поля, причем его пространственно-временное Рассеяние фемтосекундного лазерного импульса сферическими полидисперсными частицами… 325

Стр.1