СПбГУ

Санкт-Петербургский государственный университет

ФИЗИЧЕСКИЙ ФАКУЛЬТЕТ

                                                   

2. Идея решения

 

Обе сформулированные проблемы, как и многие другие, сходные с ними, могут быть сравнительно легко решены при наличии трех устройств: источника когерентного излучения, оптического усилителя и «зеркала», обращающего направление распространения излучения в пространстве, но не искажающего формы его волнового фронта. Рассмотрим идею основанного на использовании перечисленных устройств метода эффективной фокусировки на примере решения второй из перечисленных проблем — эффективной фокусировки лазерного излучения на движущемся теле, отделенном от лазера слоем неоднородной и нестационарной атмосферы (см. рис. ).

Сравнительно маломощный лазер используется как источник подсвечивающего излучения и создает пучок, достаточно широкий для того, чтобы попадание в него мишени не составляло серьезных технических проблем. Отраженные от мишени световые волны распространяется во все стороны, в том числе и в направлении силовой оптический установки, содержащей оптический усилитель и устройство, осуществляющее обращение направления распространения световых волн. На пути к ней сигнальная волна может существенно исказиться в результате многократных преломлений на неоднородностях плотности атмосферы. Попавший на оптический усилитель участок искаженного волнового фронта многократно усиливается, не изменяя своей пространственной конфигурации. После обращения направления распространения и еще одного усиления он продолжает движение уже в направлении к мишени вновь через неоднородности флюктуирующей атмосферы. В случае, если обращение волнового фронта осуществляется быстрее, чем характерное время изменения микросостояния атмосферы (задержки, связанные с конечной скоростью распространения света оказываются существенно меньшими), возвращаемый силовой установкой мощный импульс излучения пройдет через те же неоднородности, что и сигнальный. Из известного даже на уровне геометрической оптики свойства обратимости хода световых лучей следует, что приближаясь к мишени импульс будет постепенно восстанавливать свою исходную пространственную конфигурацию и, как следствие, полностью соберется на поверхности мишени.

На этом наиболее интригующая часть рассказа об обращении волнового фронта подходит к концу, и читатель, интересующийся лишь эффектными применениями достижений современной науки на практике, может смело переходить к поиску интересной для себя информации в других опубликованных в журнале статьях. Оставшаяся (и основная) часть данной статьи адресована тем, кто получив ответ на вопрос КАК СДЕЛАТЬ? заинтересовался проблемой ПОЧЕМУ ТАК ПРОИСХОДИТ? и готов затратить определенные усилия на осмысление весьма нетривиальных физических принципов, лежащих в основе работы устройств, обеспечивающих обращение волнового фронта (далее для краткости ОВФ). До сравнительно недавнего времени указанный круг проблем по понятным причинам не обсуждался в открытой печати и потому не столь широко известен, как, например, принципы действия лазеров и оптических усилителей (желающим углубить свои знания в этих вопросах можно рекомендовать обзор [1] или соответствующие разделы вузовских учебников [2] или [3], вполне доступные любознательному школьнику). Вместе с тем принципы ОВФ и тесно связанные с ними методы классической и динамической голографии достаточно просты и вполне могут быть восприняты на основе знаний, даваемых в рамках школьных курсов физики и математики. Идеи голографического обращения волнового фронта [4] настолько изящны и неожиданны, что несомненно заслуживают внимания интересующегося точными науками читателя.

Читателю предлагается два уровня изложения материала: качественный уровень «идей» (основной текст) и ориентированный на наиболее дотошных читателей более формальный уровень строгого математического описания (ссылки «подробности для любознательных», которые при первом чтении вполне могут быть пропущены).

Ответственный за содержание: С. С. Смирнова, s.s.smirnova@spbu.ru

Поиск