(спонтан-
ное рассеяние Мандельштама-Бриллюэна). Однако отношение интен-
сивности сателлитов     интенсивности   падающего    излучения
составляет лишь 10 в минус шестой степени.
    
     При увеличении интенсивности падающего излучения выше по-
рогового значения происходит следующее. Под действием электри-
ческого тока из-за явления электрострикации возникают импульсы
избыточного давления,  достигающие в поле лазерного луча  дес.
тыс. атмосфер.  Возникает акустическая волна давления (гипарз-
вук, 10 в 10-ой степени Гц), изменяющая показатель преломления
по закону бегущей волны.  Эти изменения показателя преломления
образуют в среде как бы дифракционную решетку,  на  которой  и
происходит рассеяние   световой волны.  При этом интенсивность
сателлитов становися сравнимой с интенсивностью падающей  вол-
ны, а   количество их возрастает.  Описанный эффект называется
вынужденное рассеяние Мандельштама-Бриллюэна.
     
     При достаточно больших интенсивностях падающего излучения
нелинейная среда стать может генератором звука со световой на-
качкой. С  помощью лазеров удается возбуждать  мощные  (до  10
квт) гиперзвуковые колебания во многих жидкостях и твердых те-
лах.
     
     Свой нелинейный   аналог   и   комбинационное   рассеяние
(см."Поглощение и рассеяние").  При вынужденном комбинационном
рассеянии мощное световое излучение возбуждает в  среде  коге-
рентные колебания молекул, на которых и происходит его рассея-
ние с образованием суммарных и разностных сателлитов.  Частота
наиболее мощного   из  них  меньше частотоы падающего света на
частоту молекулярных колебаний.
     
     Так, при рассеянии красного излучения лазеров в камере со
сжатым водородом,  когда интенсивность достигает пороговой ве-
личины около 10 в 8-ой степени вт/см2, число компонентв рассе-
янном излучении   настолько возрастает и их интенсивность нас-
только высока,  что,  луч,  выходящий из  газа,   из  красного
становится белым.  Аналогичен опыт по ВКР в жидкостях,  напри-
мер, в  нитробензоле.  Особенность здесь в том, что рассеянные
компоненты с  различной длиной волны пространственно разделены
и образуют на экране цветные кольца.
     
     Вынужденное расеяние (ВКР и ВРМБ)  применяется,  в основ-
ном, для последования структуры и свойств вещества, для изуче-
ния нелинейных процессов в средах.  Используется также для на-
качки полупроводниковых    ОКР,   для  управления  параметрами
твердотельных ОКГ.  Может использоваться для создания преобра-
зователей частоты  мощного когерентного света в ультрафиолето-
вой, видимой и особено инфракрасной областях спектра
     
     
     17.2. Генерация оптических гармоник.
     
     При рассеянии  интенсивного лазерного излучения в жидкос-
тях и кристаллах,  помимо описанных выше боковых  спектральных
компонент, обнаруживаются  компоненты с частотами,  в точности
кратными частоте падающего излучения (двухкратными,  трехкрат-
ными и т.д.),  называемые оптическими гармониками. В некоторых
кристаллах эти гармоники могут составлять до  50%  рассеянного
излучения. Таким образом, если направить красное излучение ру-
бинового лазера (0,69 мкм)  на кристалл дигидросфата калия, то
на выходе  можно получить невидимое ультрафиолетовое излучение
(0,345 мкм).
     
     
     17.3. Параметрическая генерация света.
     
     Поместим нелинейный  кристалл  в  оптический  резонатор и
направим на него мощное световое излучение накачки.   Одновре-
менно подадим   на  кристалл  два слабых излучения с чатотами,
сумма которых равна частоте излучения  накачки.   При  этом  в
кристалле возникает генерация двух мощных когерентных световых
волн, частота  которых равна частотам этих двух слабых излуче-
ний. В действительности же, кроме волны накачки, нет необходи-
мости ни в каких дополнительных излучениях,  т.к.  в кристалле
всегда найдутся два спонтанно излучающих фотона с соответству-
ющими частотами.  Существенным является то,  что при  повороте
кристалла в резонаторе, частоты генерируемых волн могут плавно
перестраиваться, в  сумме оставаясь равными частоте волны  на-
качки. Это    позволяет  создавать оптические преобразователи,
квантовые усилители и генераторы, плавно перекрывающие широкий
диапазон излучений   от видимого до далекого инфракрасного при
фиксированной частоте накачки.
   
     ФРГ патент 1 287 229:  Преобразователь  частоты  содержит
неинейный электрооптический двоякопреломляющий кристалл, через
который когерентный входной световой сигнал  пропускается  под
таким углом   к оптичекой оси кристалла,  что внутри кристалла
возникают два колебания с другими  частотами.   Эти  колебания
согласованы между собой и в кристалле модулируются или регули-
руются по фазе одновременно.
     
     Нелинейный кристалл расположен внутри оптического резона-
тора и подвергается не только электрооптической модуляции,  но
и регулировке по температуре с целью подстройки частоты.

     
     17.4. Эффект насыщения.
     
     Так называют эффект уменьшения интенсивности спектральной
линии поглощения (или вынужденного излучения)  при  увеличении
мощности падающего  на вещество внешнего электромагнитного из-
лучения. Причиной  эффекта насыщения является выравнивание на-
селенности двух уровней энергии,  между которыми под действием
излучения происходят вынужденные  квантовые  переходы  "вверх"
(поглощение) и "вниз" (вынужденное излучение). В случае погло-
щения при этом уменьшается доля мощности излучения,  поглощен-
ного веществом.   Абсолютная величина поглощаемой мощности при
этом, однако не падает, а увеличивается, стремясь к некоторому
пределу. В случае активного вещества с инверсией населенностей
эффект эффект насыщения приводит к уменьшению мощности  вынуж-
денного излучения, что ставит предел величине усиления в кван-
товых усилителях.
     
     Однако эффекту нашли широкое применение в лазерной техни-
ке, где   он используется для модуляции добротности оптических
резонаторов с помощью просветляющихся  под  действием  мощного
излучения светофильтров.  Кроме того, эффект насыщения исполь-
зуется для создания  инверсии  населенностей  в  трехуровневых
квантовых системах.
     
     
     17.5. Многофотонное поглощение.
     
     Если эффект насыщения делает среду, непрозрачную для сла-
бого светового поля, прозрачной для сильного, то для оптически
прозрачных сред может иметь место обратная ситуация. Здесь ин-
тенсивное излучение может поглощаться гораздо сильнее чем сла-
бое. Некая  аналогия фотохромному эффекту, однако механизм со-
вершенно иной.   Он состоит в том,  что при больших плотностях
излучения и элементарном акте взаимодействия света с веществом
могут одновременно поглощаться два или несколько фотонов, сум-
ма энергий которых равна энергии перехода.
     
     Эффект многофотонного поглощения используется,  в  основ-
ном, в  так называемой многофотонной спектроскопии, дающей до-
полнительную информацию о строении вещества,  недоступную  для
обычной спектроскопии.
     
     
     17.5.1. Многофотонный фотоэффект.
     
     Эффект состоит в том,  что при высокой интенсивности све-
тового поля ионизация атомов может производить под воздействи-
ем излучения, для которого энергия кванта меньше энергии иони-
зации. Это    обьясняется  тем,   что происходит одновременное
поглощение нескольких фотонов,  сумма энергий  которых  больше
энергии ионизации атомов. Здесь просматривается некая анология
с антистоксовской люминесценцией (см."Люминесценция"). Следует
отметить, что, например, для двухфотонного фотоэффекта величи-
на тока в фотоэлементе пропорциональна квадрату  мощности  ла-
зерного излучения.
     
     
     17.6. Эффект самофокусировки.
     
     Известно, что первоначально параллельный пучок  света  по
мере рапространения в среде (включая и вакуум) расплывается за
счет дифракционных явлений.  Это справедливо при малых  интен-
сивностях света,  пока еще среда остается линейной. с увеличе-
нием мощности светового пучка его расходимость начинает умень-
шаться. При     некоторой  критической  мощности  пучок  может
распространяться, вообще  не испытывая расходимости (режим са-
моканализации), а при мощности, превышающей критическую, пучок
скачком сжимается к оси и сходится в точку наа некотором расс-
тоянии от места входа в среду ставшую теперь нелинейной.  Про-
исходит пройесс самофокусировки.  Это расстояние,   называемое
эффективной длиной   самофокусировки,  обратно пропорционально
квадратному корню из интенсивности пучка. Оно также зависит от
его диаметра и оптических свойств среды.  Открытие эффекта са-
мофокусировки пренадлежит Г.А.Аскорьяну (открытие - 67).
     
     Физические причины этого эффекта заключаются в  изменении
показателя преломления   среды в сильном световом поле.  В это
изменение вносит свой вклад также эффекты,  как  электрострик-
ция, высокочастотный эффект Керра и изменение преломления сре-
ды за счет ее нагрева в световом пучке. Вследствии этих эффек-
тов, среда    в  зоне пучка становится оптически неоднородной;
показатель преломления среды определяется теперь распределени-
ем интенсивности световой волны.  Это приводит к явлению нели-
нейной рефракции,  т.е.  переферийные лучи пучка отклоняются к
его оси, в зону с большей оптической плотностью. Таким образом
нелинейная рефракция начинает  конкурировать  с  дифракционной
расходимостью. При  взаимной компенсации этих процессов и нас-
тупает самоканализация, переходящая в самофокусировку при при-
вышении критической   мощности пучка.  Процесс самофокусировки
выделяется среди прочих нелинейных эффектов тем,  что он обла-
дает "лавинным" характером. Действительно, даже малое увеличе-
ние интенсивности в некотором участке светового пучка приводит
к концентрации  лучей в этой области,  а следовательно и к до-
полнительному возрастанию интенсивности,  что усиливает  нели-
нейную рефракцию и т.д.
     
     Отметим, что критические мощности самофокусировки относи-
тельно не велики (для ниробензола - 25 квт, для некоторых сор-
тов оптического  стекла - 1 вт),  что создает реальные предпо-
сылки использования описанного эффекта для передачи энергии на
значительные расстояния.
     
     Интересно, что  при  самофокусировке излучение импульсных
лазеров в органических  жидкостях  пучок  после  "охлопывания"
распространяется не ввиде одного пучка,  а распадается на мно-
жество короткоживущих (10 в минус 10-ой степени  сек.)   узких
(мкм) областей  очень сильного светового поля (около 10 в 7-ой
степени в/см) - световых нитей. Это явление обьясняют тем, что
при самофокусировке  лазерных импульсов нелинейная среда рабо-
тает как линза с изменяющимися во времени фокусными расстояни-
ями, и    быстрое движение фокусов (скорости порядка 10 в 6-ой
степени м/сек.)  в сочетании с аберрациями "нелинейной  линзы"
может создать длинные и тонкие световые каналы.
     
     В нелинейной  оптике уже обнаружено множество интересней-
ших эффектов.  Кроме описанных выше, к ним относятся такие эф-
фекты как оптическое детектирование,  гетеродинирование света,
пробой газов мощным излучением с образованием т.н.   "лазерной
искры", светогидравлический удар, нелинейное отражение света и
другие. Некоторые из эффектов уже нашли применение не только в
научных исследованиях,   но и в промышленности.  Так например,
светогидравлический удар (см."Гидравлические удары")  применя-
ется при штамповке,  упрочнения материалов, для ударной сварки
и т.д.,  что наиболее себя оправдывает в производстве  микроэ-
лектроники, в условиях особо чистых поверхностей.
     
     
     17.7. Светогидравлический удар (открытие - 65)
     
     Эффект заключается в том, что при пропускании мощного ла-
зерного излучения  через жидкость в ней возникают акустические
волны с высоким давлением, достигающим миллиона атмосфер, соп-
ровождающиеся вспышкой   белого  света  и выбросом жмдкости на
значительные расстояния, при этом тела, помещенные вблизи уда-
ра, подвергались сильным деформациям и разрушению. Точной тео-
рии эффекта еще нет,  однако уже ясно,  что это целый комплекс
явлений. Здесь  и самофокусировка, увеличивающая интенсивность
световой волны в малом обьеме, и первоначальное ее поглощение,
связанное с ВРМБ (см. 17.1) и усиленное поглощение света обра-
зующейся плазмой, что приводит к возникновению ударной волны и
затем к  авитации в жидкости.  Предварительная фокусировка ла-
зерного пучка и введение в жидкость поглощающих добавок значи-
тельно усиливают проявления эффекта.
     
     
     
     17.8. Нелинейная оптика.
     
     Нелинейная оптика  - новая и постоянно развивающаяся нау-
ка. Многообразие  ее эффектов далеко не  исчерпано  известными
ныне. Так,  совсем недавно были предсказания теоретически гис-
теризисные скачки отражения и преломления на границе  нелиней-
ной среды   -  целый  класс  новых эффектов нелинейной оптики.
(Данных об эксперементальном  подтверждении  их  существования
пока нет.)
     
     Суть эффектов заключается в следующем. Если под небольшим
углом скольжения на границу раздела двух сред с близкими  зна-
чениями диэлектрической  проницаемости,  одна из которых нели-
нейна, падает  пучок мощного светового излучения, то при изме-
нении интенсивности   излучения  (угол  падения фиксирования),
когда она достигает определенного значения,   может  произойти
скачок от прохождения к полному внутреннему отражению, при об-
ратном изменении интенсивности скачок  от  ПВО  к  прохождению
произойдет уже  при другом ее значении.  Такие же скачки могут
наблюдаться и при изменении угла падения,   когда  фиксировано
значение интенсивности.
     
     Если существование этих эффектов подтвердится, то они мо-
гут быть   широко  использованы  для  исследования  нелинейных
свойств веществаи в лазерной технике.  Так, например, гистери-
зисная оптическая ячейка может служить  идеальным  затвором  в
лазере при генерации гигантских импульсов,  т.к.  в режиме ПВО
практически не поглощает энергии; с помощью гистерезисных  эф-
фектов можно  будет с большой точностью измерять интенсивность
излучения, фиксируя скачки и т.д.

               Л И Т Е Р А Т У Р А

1. Квантовая электроника, Маленькая энциклопедия, изд. Советс-
   кая энциклопедия, М., 1966.

2. Н.Бломберген, Нелинейная оптика, пер. с англ., М., 1966

3. М.Шуберт, В.Вильгельми, Введение в нелинейную оптику пер. с
   нем. "Мир", М., 1973.

4. Ф.Цернике, Дж.Мидвинтер, Прикладная нелинейная оптика, пер.
   с англ., "Мир", М., 1976

5. Ю.П.Конюшая,  Открытия и начно-техническая революция, "Мос-
   ковский рабочий", М., 1974

6. Г.А.Аскарьян, ЖЭТФ, 42, 1567, 1962

7. А.Ю.Каплан, Письма в ЖЭТФ, 9, 58, 1969

8. А.К.Каплан, Письма в ЖЭТФ, том 24, вып. 3, 1976

                 18. ЯВЛЕНИЯ МИКРОМИРА.

     18.1. Радиоактивность.


     Под радиоактивностью  обычно  понимают  самопроизвольное
превращение неустойчивых изотопов одного вещества  в  изотопы
другого; при этом происходит испускание элементарных частиц и
жесткого электромагнитного излучения.  Различают естественную
и искуственную  радиоактивность.  Процессы,  происходящие при
естественной радиоактивности позволяют судить о  структуре  и
свойствах радиоактивных веществ.В настоящее время все большее
значение получают процессы,связанные с искуственной  радиоак-
тивностью.Практически все вещества имеют радиоактивные изото-
пы, поэтому,   не изменяя химического строения вещества можно
его пометить, сделав часть ядер радиоактивными. Это позволяет
с большей точностью следить за  перемещением  этого  вещества
или изучать его внутреннюю структуру.

     А.с. 234  740:   Способ определения концентрации пылевых
частиц с осаждением этих частиц  в  осадительном  устройстве,
отличающийся тем,   что с целью расширения диапазонав измере-
ния, в исследуемый газ добавляют радиоактивный газ, например,
радон, а после осаждения частиц определяют их радиоактивность
по величчине которой судят о концентрации  пылевых  частиц  в
газе.

     А.с. 242  324:   Способ ускоренного определения годности
защитно-моющих и лекарственных веществ наружного  применения,
при котором на кожу наносят слой исследуемого вещества, отли-
чающийся тем,  что с целью определения времени  проникновения
вещества сквозь  кожу и времени выполнения им барьерных функ-
ций, в исследуемое вещество предварительно вводят радиоизото-
пы, например,  йода, фояфора или серы, и проводят радиометри-
ческие измерения исследуемого обьекта.

     
     18.2. Рентгеновское и гамма излучения.
     
     Рентгеновское излучение,   открыто  в  1895 году физиком
Рентгеном, имеет  ту же электромагнитную природу,  что  гамма
излучение испускаемые  ядрами атомов радиоактивных элементов,
поэтому оба вида изучения подчиняются  одинаковым  закономер-
ностям при взаимодействии с веществом. Принципиальная разница
между двумя этими видами излучения заключения в механизме  их
возникновения. Рентгеновское   излучение - внеядерного проис-
хождения, гамма излучение - продукт распада ядер.
     
     
     18.2.1. Рентгеновское  излучение возникает либо при тор-
можении заряженных частиц (электронов)  высокой энергии в ве-
ществе (сплошной спектр) (см. 18.4.3. "Тормозное излучение"),
либо при высоко-энергетических переходах внутри атома (линей-
чатый спектр). Недавно установлено, что рентгеновское излуче-
ние может также возникать в результате явления адгезолюминес-
ценции, которыая    наблюдается  при  очень быстром отрыве от
гладкой поверхности липкой ленты.  Такой быстрый отрыв  может
происходить, например,    при быстром качени по металлической
поверхности цилиндра,  покрытого липкой лентой. В этом случае
пленка и   металлическая поверхность образуют как бы обкладки
микроскопического конденсатора,  напряженность поля в котором
может достигать сотни тысяч электрон вольт. Электроны, разог-
нанные в миниконденсаторе,  тормозятся, затем в веществе, ис-
пуская при этом рентгеновское излучение.
     
     
     18.2.2. Рентгеновские  лучи  применяют  для  просвещения
различных веществ с целью выявления скрытых эффектов. При де-
формации неподвижного микрокристалла, на рентгенограммах наб-
людается размытие в определенных направлениях интерференцион-
ных пятен     (явление   астеризма).    Появление   астеризма
обьясняется тем,  что монокристалл в процессе деформации раз-
бивается на отдельные участки (фрагменты) размером 1-0,1 мкм.
С увеличением деформации монокристалла интерференционные пят-
на удлиняются. По направлению и степени растяжения пятна мож-
но судить  о колличестве размере и форме фрагмента и исследо-
вать характер протекания деформации.
     
     Из других областей применения рентгеновских лучей  можно
назвать:
     
     - рентгеновскую дефектоскопию; занимающеся просвечивани-
ем твердых тел с целью установления размера и места  нахожде-
ния эффекта внутри материала;
    
    - рентгеновскую  спектроскопию рентгено-спектральный ана-
    лиз. Основная  цель - исследование электронного  строения
    веществ
по их рентгеновским спектрам. Области применения - исследова-
ния химического   строения веществ,  технологические процессы
горнорудной и металлургической промышленности
    
    - рентгеновскую микроскопию широко прменяющихся для  исс-
ледования обьектов непрозрачных для видимого света и электро-
нов (биология,медицина,минералогия,химия, металлургия).

     А.с. 427 698:  Способ измерения моментов инерции неодно-
родных, несвободных тел, заключающийся в поступательном пере-
мещении исследуемого тела относительно пространственной  оси,
отличающийся тем,   что с целью устранения влияния напряжения
мускулатуры исследуемого, поперек оси перемещения исследуемо-
го передвигают источник гамма излучения с детектором, регист-
рирующим интенсивность прошедшего через равные  участки  тела
гамма излучения.

     
     
     18.3. Взаимодействие  рент