ИСТИНА

Упругое рассеяние света – хорошо изученное явление, присущее неоднородным средам. Оно может привести к увеличению объема взаимодействия излучения с веществом - по сравнению с таковым в однородной среде. При наличии в среде рассеивающих неоднородностей возможно увеличение эффективности нелинейно-оптических процессов [1, 2]. Представляет интерес вопрос о том, какова степень влияния некогерентных эффектов на интенсивность сигнала, вышедшего из неоднородной среды. Рассмотрено распространение лазерного излучения в суспензиях порошков рутила и фосфида галлия в диметилсульфоксиде (DMSO) c размерами частиц 0.5 мкм и 3 мкм соответственно. Проведено сравнение временных характеристик обратнорассеянного излучения от чистого растворителя и от суспензий с различными объемными долями рассеивателей. Проведено сравнение эффективности комбинационного рассеяния света (КРС) на молекулах DMSO чистого растворителя и на таковых в составе рассеивающих суспензий. Методом оптического гетеродинирования [3] при использовании импульсного излучения с длиной волны 1250 нм и длительностью импульса 80 фс были измерены кросс-корреляционные функции сигналов, отраженных от кювет с суспензиями. Из этих данных были получены зависимости мощности отраженного от кюветы сигнала от времени задержки импульса. По полученным данным было рассчитано время пребывания в суспензии обратнорассеянных фотонов. Данная величина убывала при повышении объемной доли рассеивателей Ф в диапазоне от 0.001 до 0.2, причем для рутила скорость убывания была выше. В суспензиях фосфида галлия было обнаружено поглощение на частицах порошка, влияние которого увеличивалось при повышении объемной доли рассеивателей. Данные результаты хорошо согласуются с результатами соответствующего моделирования. В рамках модели Монте-Карло [4] вероятность единичного акта рассеяния в суспензии рутила выше, чем в суспензии фосфида галлия, при одинаковой объемной доле рассеивателей. Таким образом, повышение объемной доли неоднородностей в суспензии приводит к росту мощности обратнорассеянного излучения. Эффективность такого обратного рассеяния выше для неоднородностей с диаметром, меньшим, чем длина волны распространяющегося излучения. Методом Монте-Карло была рассчитана средняя длина траектории всех распространяющихся в суспензии фотонов, а также средняя длина траектории обратнорассеянных фотонов. Средняя длина траектории фотонов возрастала в суспензии рутила в 2.3 раза, в суспензии 62 фосфида галлия – в 1.5 раза. Данная зависимость согласовывалась с поведением рассчитанной зависимости числа актов КРС в DMSO присутствии различных объемных долей неоднородностей. Средняя длина траектории обратнорассеянных фотонов убывала до некоторого постоянного значения при повышении объемной доли рассеивателей. Было проведено измерение спектров КРС суспензий и их сравнение со спектром КРС чистого DMSO. Оказалось, что зависимость интенсивности сигнала КРС, зарегистрированного в геометрии «на отражение», от объемной доли неоднородностей является немонотонной. В суспензиях рутила для отдельных линий спектра КРС возможно усиление сигнала в 3-4 раза, и оно достигается на промежуточных значениях объемной доли рассеивателей. Для суспензий фосфида галлия КРС спектроскопия показала ослабление сигнала КРС по сравнению с чистым растворителем. При снятии спектров КРС от суспензий фосфида галлия была обнаружена широкая полоса дефектной люминесценции, что вновь указало на наличие поглощения входящего излучения. Результаты моделирования находятся в качественном согласии с экспериментальными данными: зависимость числа обратнорассеянных фотонов КРС от обьемной доли неоднородностей в рамках модели Монте-Карло немонотонна и обладает одиночным максимумом, положение которого зависит от диаметра и показателя преломления рассеивателей. Поглощение на рассеивающих частицах также заметно ослабляет эффективность КРС в суспензии. Таким образом, численное моделирование распространения света в суспензиях рутила в DMSO и результаты соответствующего эксперимента показали возможность увеличения интенсивности комбинационного рассеяния в присутствии упругого рассеяния в рассматриваемой среде - до 4 раз. Тем не менее, характер влияния упругого рассеяния на эффективность интересующего оптического процесса неоднозначен. Объемные доли рассеивателей порядка 0,001 и выше приводят к слабому проникновению фотона в глубину образца и их более быстрому отражению в обратном направлении - уменьшается объем взаимодействия излучения и вещества. Численное моделирование распространения света в суспензиях GaP в DMSO и результаты соответствующих экспериментов показали сильное снижение эффективности комбинационного рассеяния в присутствии рассеивателей за счет поглощения. Литература 1. V.A. Mel'nikov, L.A. Golovan, S.O. Konorov [et al.] Second-harmonic generation in strongly scattering porous gallium phosphide // Appl. Phys. B. 2004. V. 79, N 2, P.225-228. 2. Л.А. Головань, А.А. Соколов, В.Ю. Тимошенко [и др.] Рост времени жизни фотона и увеличение эффективности процессов комбинационного рассеяния света и генерации второй гармоники в пористом карбиде кремния // Письма в ЖЭТФ. 2015. Т. 101, № 12 С. 891-896 3. К П. Бестемьянов [и др.] Динамика распространения фемтосекундных ИК лазерных импульсов в сильно рассеивающей пористой среде, исследуемая по схеме оптического гетеродинирования // Квантовая электроника. 2004. Т. 34, № 7. С. 666-668. 4. B.H. Hokr, V.V. Yakovlev. Raman signal enhancement via elastic light scattering // Optics express. 2013. V. 21, N 10. P. 11757.