ОТЧЕТ О НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКОЙ РАБОТЕ по теме: Светодинамические явления в процессах генерации и распространения когерентного излучения (промежуточный)

Представленный отчет состоит из четырех разделов. Каждый раздел содержит описание работы, проведенной исполнителями по реализации отдельного пункта ТЗ на 2024г. В первом разделе рассмотрен новый способ модуляции, основанный на численном модели, которая включала скоростные уравнения для активной среды и уравнения пере-носа вынужденного и усиленного спонтанного излучений в резонаторе гольмиевого лазера. В этом же разделе содержатся результаты экспериментальной проверки полученных расчетных данных. Выполненное исследование позволило установить физический механизм разработанного способа управления динамикой генерации. Поскольку сечения переходов с возбужденных состояний вверх остаются до сих пор известными только с точностью до порядка их величины, для определения нужного сечения пришлось прибегнуть к дополнительной серии расчетов и экспериментов с целью измерения этого сечения. Лишь после измерения результаты расчетов модуляции чисто оптическим способом оказались близки к результатам аналогичного эксперимента. Во втором разделе приведено описание разработанных алгоритмов для формирования спеклоподобных световых структур с фрактальными пространственными спектрами и различной математической статистикой. Основанная на этих алгоритмах модель позволила определить изменения статистических и скейлинговых характеристик узконаправленных волновых пучков с фрактальной структурой при распространении в пространстве. При численном моделировании структуры фрактального спеклового поля использовалась функция Вейерштрасса. Было обнаружено, что в процессе распространения спеклового пучка он сохранял фрактальные признаки независимо от статистически независимых реализаций его структуры. Параллельно с оценкой значений фрактальной размерности на разных расстояниях от начальной плоскости определялись средние значения спеклов. Расчет показал, что размеры спеклов в изображении за счет дифракционного уширения примерно на 20% превосходят свои начальные размеры. Заметным образом на коэффициент корреляции влияет присутствие в сформирован-ном в начальной плоскости пучке сферической аберрации. Если вклад аберрации в структуру волнового фронта превосходит 10%, то следует считаться с резким падением корреляционного коэффициента. В третьем разделе изложен новый метод описания фрактального роста дендритных структур. Для определения характеристик дендритных образований использовался вейвлет и фурье анализ; проводилась также фрактальная параметризация. В ходе численного эксперимента были впервые установлены закономерности, определяющие связь между структурными особенностями систем дендритного типа и их картинами дифракции с использованием аппарата фрактальной параметризации и корреляционного анализа. Установление связи производилось с помощью численного моделирования и детального анализа зависимостей средних массовых (кластерных) фрактальных размерностей сформированных дендритов и их дифракционных картин от числа частиц, образующих кластеры. Выполненный расчет дифракции света на биообъектах указывает на возможность использования паттерного и скейлингового анализа для их идентификации. Полученные результаты моделирования позволяют усовершенствовать фрактальные методы оптической диагностики анализируемых биосистем. В четвертом разделе рассмотрен экспериментальный инструментарий, использующийся для формирования спекловых фрактальных структур. Такого рода световые структуры в настоящее время широко используются в офтальмологии и терапии. Использованный инструментарий был основан на применении специально разработанного и изготовленного пространственного модулятора света. Его основным элементом была жидкокристаллическая матрицу дисплея персонального компьютера, которая вместе с поляризаторами отделена от монитора, но сохраняет возможность получать от системного блока компьютера управляющие сигналы. Это позволяет с помощью стандартного программно-го обеспечения менять пропускание отдельных пикселей матрицы, добиваясь трансформации падающей на матрицу внешней плоской волны в пучок с нужным амплитудным профилем. К преимуществу созданного модулятора следует отнести возможность из-за большой его площади производить синхронную модуляцию сразу нескольких лазерных пучков, а также в несколько раз повысить частоту обновления по сравнению с серийными образцами. Последнее свойство весьма полезно при решении задач с динамической модуляцией. Изготовленный указанным способом пространственный модулятор был использован для формирования спеклоподобных световых структур с различной статистикой распределения интенсивности на длине волны 532 нм. Таким образом, содержащийся в отчете материал указывает на то, что все пункты технического задания на 2024 г. полностью выполнены.