IX Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2017

Нелинейно-оптическая диагностика наноматериалов основана на различных механизмах светоиндуцированной модуляции оптических констант среды [1-4]. Одним из классических методов является исследование термолинзового отклика среды, обусловленного наличием поглощения [5-8]. В прозрачной наногетерогенной среде с различными показателями преломления компонентов на микрочастицы в электромагнитном поле действуют электрострикционные силы, которые могут быть причиной возникновения концентрационных потоков и, следовательно, нелинейного светолинзового отклика [8,9].

Цельюданной работы является теоретический анализ светолинзового отклика в прозрачной дисперсной среде в однолучевой схеме.

Мы будем рассматривать жидкофазную среду с наночастицами (дисперсная фаза), находящуюся под воздействием лазерного излучения с гауссовым профилем интенсивности [12]. Балансное уравнение, описывающее динамику концентрации наночастиц в жидкофазной среде с учётом диффузионного и электрострикционного потоков (- электрострикционный поток), можно записать в виде [8]:

. (1)

Здесь приняты следующие обозначения: - объемная концентрация дисперсных частиц, - коэффициент диффузии, ,  - подвижность наночастицы,  – радиус наночастицы, - вязкость жидкости, - поляризуемость частицы, - постоянная Больцмана, - температура среды, - скорость света в вакууме, - эффективный показатель преломления среды.

Для расчета светолинзового сигнала используем выражение для линзовой прозрачности кюветы [8]:

, (2)

где - нелинейный набег фаз в оптической ячейке на оси пучка.

Используя (1,2), можем получить для значения нелинейного набега фазы:

. (3)

где - толщина слоя жидкости. где ; - показатели преломления вещества дисперсионной среды и дисперсной фазы соответственно, - объемная доля дисперсной среды.

Полученное выражение с учетом описывает светолинзовый отклик (интенсивность излучения на оси пучка в плоскости фотоприемника).

Таким образом, в работе получено выражение для светолинзового отклика прозрачной наносуспензии. Проведенный анализ дает возможность определять по светолинзовому отклику не только концентрацию наночастиц, но и коэффициент диффузии частиц.

Полученные результаты актуальны для оптической диагностики дисперсных жидкофазных сред [3,9], а также для нелинейной оптики таких сред [10].

Библиографический список:

1. Иванов В.И. Динамика светоиндуцированной тепловой линзы в жидкофазной двухкомпонентной среде / В.И. Иванов, А.А. Кузин, А.И. Ливашвили, В.К. Хе // Научно-технические ведомости Санкт-Петербургского государственного политехнического университета. Физико-математические науки.-2011.-Т.4.-№134.- С.44-46.

2. Иванов В.И. Нанодисперсные среды для динамической голографии / В.И. Иванов, Г.Д. Иванова, С.И. Кирюшина, А.В. Мяготин // Известия высших учебных заведений. Физика. – 2015. – Т. – 58. –№ 11-3. – С. 153-156.

3. Иванов В.И. Оптическая диагностика полимерных наночастиц / В.И. Иванов, Г.Д. Иванова, В.К. Хе // Фундаментальные исследования. – 2015. – № 11-6. – С. 1085-1088.

4. Иванов В.И. Перспективные среды для динамической голографии / В.И. Иванов, Ю.М. Карпец // Вестник ДВО РАН.- 2003.-№1. - С. 93-97.

5. Иванов В.И. Тепловое самовоздействие излучения в тонкослойной жидкофазной среде / В.И. Иванов, Г.Д. Иванова, В.К. Хе // Современные проблемы науки и образования. - 2014. - № 6. URL: www.science-education.ru/120-17046.

6. Иванов, В.И. Термоиндуцированное самовоздействие гауссова пучка излучения в жидкой дисперсной среде/В.И. Иванов, А.А Кузин, А.И. Ливашвили//Вестник Новосибирского государственного университета. Серия: Физика. -2010. -Том 5. -№ 1. -С. 5-8.

7. Иванова Г.Д. Исследование явлений массопереноса в бинарных средах термографическим методом / Г.Д. Иванова, С. И. Кирюшина, А.А. Кузин //Современные проблемы науки и образования. - 2014. - № 2. URL: www.science-education.ru/116-12579.

8. Иванова Г.Д. Нелинейная линза в дисперсной среде / Г.Д. Иванова, С.И. Кирюшина, А.В. Мяготин // Современные проблемы науки и образования. - 2015. - № 1-1.-С.1779; URL: www.science-education.ru/121-19194.

9. Крылов В.И. Метод светоиндуцированной псевдо-призмы в наножидкости / В.И. Крылов, Г.Д. Иванова, В.К. Хе // Физико-химические аспекты изучения кластеров, наноструктур и наноматериалов, межвуз. сб. науч. тр. / под общей редакцией В. М. Самсонова, Н.Ю. Сдобнякова. – Тверь: Твер. гос. ун-т, 2015. – Вып. 7. – С. 329-332.

10. Ivanov V. I., Ivanova G.D., Khe V. K. Thermal lens response in the two-component liquid layer // Proc. SPIE, 968042. -2015. -November 19; DOI: 10.1117/12.2205722.

Код для цитирования: Скопировать