8. Кванты наоборот

                Сняв шинель и погоны, уволенный в запас с первой партией
                «дембелей» аспирант вернулся в родную лабораторию догонять
                ушедший вперёд за полтора года передний край науки.      

– О, а мы тебя только после Нового Года ждали! – обрадовался мой микрошеф, – Ну ладно, здесь у нас большие перемены, вникай понемногу.

Вот как? После НГ… я же сдуру вернулся в ноябре. Почему «сдуру»? Да потому, что не добрал примерно полтора месяца до двухлетнего стажа, необходимого для увеличения аспирантской стипендии с 85 до 100 рублей. Армия, как выяснилось, в этот стаж входит.

Появилось большое желание изобрести машину времени, но знаний не хватало. Может быть, лазерная техника поможет? Тем более, что английский и философия больше не напрягают, и можно вернуться к оптическим делам.

А в институте, действительно, кое-что поменялось. Несколько теоретиков и экспериментальных групп из нашей старой лаборатории выделились в отдельную. Кроме этого, появилось новое экспериментальное направление, связанное с нелинейной оптикой и динамической голографией. Исследовательская группа, из которой я уходил отдавать священный долг, теперь занималась изучением «обращения волнового фронта» (ОВФ) в различных нелинейных средах.

Причастный к теме читатель наверняка улыбнётся при виде последующих экзерсисов, но я всё-таки попробую «на пальцах» объяснить, что за зверь ОВФ, на примере невырожденного четырёхволнового взаимодействия.

В части 4 мы уже видели интерференционную картину (рис.1)
Давайте вспомним, что она образуется при «сложении» двух когерентных пучков света, а я попытаюсь это изобразить, глядя на всё как бы сверху (рис.2)

А теперь заметим, что пучки не простые, а лазерные. Это значит, что они обладают такой высокой интенсивностью, что могут изменять свойства вещества.
Какие именно свойства? Например, показатель преломления.
Каким образом? Например, за счёт нагрева.
Пусть пучки пересекаются, скажем, в кювете с раствором красителя, поглощающего излучение соответствующей длины волны. Тогда в максимумах яркости раствор будет быстро нагреваться и показатель преломления уменьшится за счёт локального теплового расширения.
Таким образом в кювете образуется объёмная фазовая решётка с выделенным направлением (направлением поверхностей равной фазы) вдоль биссектрисы угла между пучками.
Давайте теперь пустим навстречу первому третий лазерный пучок, не изображая остальные, но помня, что они есть и создают решётку.
 
Мы знаем, что свет частично отражается от неоднородностей показателя преломления. Здесь, поскольку они расположены в виде плоскостей, отражение произойдёт по обычному закону. Я условно изобразил это синими стрелками.
Понятно, что отражённый пучок пойдёт навстречу пучку 2 (см. рис.3).

То есть, при одновременном взаимодействии в кювете с красителем трёх параллельных световых когерентных пучков, два из которых направлены навстречу друг другу, а третий – под некоторым углом к ним, образуется четвёртый пучок, направленный навстречу третьему.

А если пучков, направленных под углом, будет несколько?
Думаю, вы сами дадите ответ на этот вопрос: появится столько же противоположно направленных (сопряжённых) пучков.
Если, например, это будут пучки, вышедшие из одной точки, то образуются встречно направленные пучки, сходящиеся в одной точке.
Если, это будут пучки, сходящиеся в одной точке, то образуются встречно направленные пучки, как бы вышедшие из одной точки.

На рисунке 4 как раз изображены сходящиеся лучи светового пучка, прошедшего через линзу (сплошные линии), а также встречные лучи (пунктирные линии).  Отмечу также, что интерференционная картина в этом случае изображена условно, на самом деле она, конечно, будет отличаться от предыдущей.
Из рисунка видно, что такой способ взаимодействия световых пучков обеспечивает восстановление их направления при двухкратном прохождении через среду, которая это направление меняет.

Мы до сих пор говорили о световых пучках, откуда же взялся термин ОВФ?
Давайте вспомним из оптики, что понятие «параллельный пучок света» характеризует световую волну с плоским фронтом, а термины «сходящийся» и «расходящийся» пучки говорят о световых волнах со сферическим фронтом – вогнутым или выпуклым по отношению к направлению движения волны.

Посмотрим с этой точки зрения на то, что происходит со сходящимся пучком в нашем примере с линзой.
Начальный параллельный пучок (плоский волновой фронт) линза превращает в сходящийся (вогнутый сферический), а обратно из кюветы выходит расходящийся пучок (выпуклый сферический), волновой фронт которого – вывернутый (обращённый) по отношению к падающему.
При возвращении через линзу, как видим, волновой фронт восстанавливает свою исходную форму.
Простые рассуждения приведут нас к выводу о том, что такое восстановление будет происходить при любой конфигурации среды, изменяющей волновой фронт, что даёт основание говорить об ОВФ, как о способе коррекции искажений волнового фронта при двойном прохождении света через искажающую среду.

При желании интересующийся читатель легко найдёт строгое описание ОВФ с использованием сети Интернет, например, здесь: http://bourabai.ru/physics/2565.html

Автору же, поскольку Интернета тогда ещё не существовало, в ближайшей перспективе предстояло заняться исследованиями особенностей этого явления.

Продолжение здесь:
http://stihi.ru/2021/03/02/5980