Исследование процессов формирования волноведущих каналов и распространения в них излучения является традиционной радиофизической задачей. Эти процессы определяют пределы уплотнения информационных потоков и возможность создания разветвлённых сетей. В системах оптоволоконной связи, где в основном применяются градиентные световоды, не удаётся полностью локализовать излучение [1 — 4]. В таких системах возможно перераспределение излучения, распространяющегося по близкорасположенным волноведущим каналам. Несомненно, этот негативный фактор может вызывать перекрёстные помехи и снижать надёжность устройств. Но с другой стороны, на данном явлении может быть основано суммирование и разделение оптических потоков, синтез элементов разветвлённых сетей [5−8].
Помимо борьбы с возникающими перекрёстными помехами основной сложностью создания разветвлённых сетей является изготовление самих коннектирующих элементов [1−4]. В настоящее время высокая себестоимость разветвителей обусловлена трудоёмкостью процесса их изготовления [9 -13]: стоимость одного коннектирующего оптического элемента сопоставима со стоимостью нескольких сотен метров самого оптического кабеля. Однако в современных оптических системах связи на первый план выходят разработка и создание разветвлённых волоконных сетей. Поэтому в литературе проявляется интерес к различного рода разветвлённым структурам: сумматорам, разветвителям, мультиплексорам и т. д. [5,6].
Существующие методы создания таких оптических элементов представляют собой сложный технологический процесс [1−4] и требуют применения мультитехнологичного оборудования [9 -13]. При этом для производства элементов интегральной оптики, размеры которых сопоставимы с размерами элементов интегральной электроники, обычно пользуются литографическими методами, разработанными для микроэлектроники. Однако стандартные литографические технологии позволяют создавать только двумерные оптические элементы [14,15]. В этом случае остаётся открытым вопрос о согласовании их с оптическими волокнами, которые являются трёхмерными структурами.
Одним из способов решения такой задачи является формирование волноведущих структур непосредственно светом [16 — 20]. Известные в лазерной физике оптические эффекты в традиционных средах с кубичной нелинейностью (например, керровская нелинейность) позволяют скомпенсировать дифракционную расходимость тонких (1.50мкм) световых пучков и реализовать режимы их самоканализирования с сохранением геометрических параметров исходного сечения канала на трассах, длина которых может достигать десятков миллиметров [22 — 28]. В случае, когда на среду одновременно воздействуют несколько пучков, вследствие нелинейных эффектов (значение показателя преломления зависит от суммарного значения поля воздействующего излучения) их распространение не будет независимым [29].
Взаимодействие пучков в нелинейной среде уже рассматривалось в случае дефокусирующих сред [29], где оказывается возможным захват одного (слабого) пучка каналом, образованным другим (мощным) пучком. Однако в дефокусирующей среде захват наблюдается только для двумерного распределения интенсивности, имеющего специальную форму [22]. К тому же, для реализации.
• волноводного режима распространения пучка необходимо, чтобы его мощность была больше некоторой критической величины, которая может изменяться в широких пределах: от десятков киловатт до единиц гигаватт [30]. Но при мощностях, заметно превышающих критическую, пучок не фокусируется как целое, а распадается на вторичные пучки — нити, поскольку в среде с положительной нелинейностью амплитудно-фазовые возмущения электромагнитной волны могут приводить к её распаду [31 — 36]. Поэтому самоканализирование волновых пучков является неустойчивым процессом. Однородные волновые пучки также неустойчивы относительно возмущений мощности, при которых они либо расходятся, либо схлопываются [23 — 24].
Таким образом, нелинейные эффекты в релаксирующих средах не получили применения при создании волноведущих каналов за исключением нескольких случаев (например, в качестве линии передачи для мощного оптического излучения могут быть использованы периодические системы, получаемые при разбиении сплошной среды на отдельные фрагменты [37 — 40]).
В последнее время прогресс в развитии фотополимеров привёл к появлению новых ФПК, обладающих высокой прозрачностью и чувствительностью к видимому оптическому излучению (отвержение происходит при единицах мВт /мм2) [41,42]. Тем не менее, анализ нелинейного взаимодействия излучения с такой нестационарной средой (показатель преломления ФПК необратимо изменяется с экспозицией), не может быть основан на традиционных моделях. В то же время, решение таких задач представляет практический интерес, поскольку эта нереверсивность ФПК позволяет сохранять сформированную светом структуру после экспонирования и использовать её как волноведущую структуру для инфракрасного (не взаимодействующего) излучения [16 — 20,43 — 49].
Однако реализация процессов взаимодействия световых пучков в фотополимеризующихся средах требует ответов на ряд вопросов: 1. Характер взаимодействия нескольких световых пучков в таких прозрачных нелинейных нереверсивных средах, как фотополимеризующиеся композиции, обладает рядом особенностей. Во-первых, невозможно тождественное отображение неоднородного распределения интенсивности воздействующего излучения в распределение показателя преломления — модификация среды происходит нелинейно [50−56]. Поэтому в области пересечения формируемых каналов возможно взаимное влияние световых пучков, определяющее форму и волноводные свойства оптически синтезируемой полимерной структуры [17,48,49]. Во-вторых, взаимодействие тонких световых пучков в прозрачных ФПК возможно и вне области их пересечения [А1]. В частности, взаимодействие встречно-направленных световых пучков обусловлено дифракционным расплыванием и, соответственно, перекрытием их профилей интенсивности. В-третьих, излучение тонких световых пучков с существенной дифракционной расходимостью не может быть полностью локализовано в градиентных волноводах [1−4]. Следовательно, взаимодействие возможно и для сонаправленно распространяющихся световых пучков [А1]. Более сложным и разнообразным по количеству возможных решений является взаимодействие в объёме ФПК некомпланарных световых пучков. Таким образом, задачей исследования взаимного влияния световых пучков в прозрачных фотополимеризующихся средах становится изучение механизмов взаимодействия, построение моделей для адекватно описания поведения таких пучков в ФПК.
Очевидно, эффективное взаимовлияние световых пучков в прозрачных ФПК носит кумулятивный характер — наблюдение искривления синтезируемых волноведущих каналов возможно лишь на трассах, значительно превышающих их дифракционную длину [А1]. Поэтому для обеспечения такого взаимодействия необходимо реализовать устойчивое формирование протяжённого волноведущего канала изолированным световым пучком. С этой целью требуется исследовать влияние как параметров нелинейности среды (максимальное изменение показателя преломления, контраст композиции), так и параметров воздействующего излучения (ширина пучка, длина волны). Поскольку распространяющееся в градиентных волокнах излучение имеет сложный модовый состав, и не ясно, как в этом случае оно будет себя вести в сформированных полимерных волноведущих структурах, то необходимо исследовать их эффективность и качество с точки зрения энергетических потерь. Помимо этого, в ФПК изначально могут присутствовать случайные неоднородности показателя преломления, деструктивно сказывающиеся на устойчивости формирования однородного волноведущего канала [57 — 59, А2]. Поэтому необходимо изучить процессы, происходящие в таких жидких средах при экспонировании.
Проведение экспериментальных исследований требует создания оригинальных оптических схем, позволяющих обеспечить необходимую геометрию системы (диаметр пучков, взаимное расстояние и наклон их оптических осей). Кроме того, требуется автоматизировано регистрировать динамику процессов формирования волноведущих структур в фотополимеризующихся композициях, для чего должны быть предусмотрены соответствующие инструменты (ИК подсветка, микровидеосъёмка). На устойчивость формирования протяжённых волноведущих каналов могут влиять не только амплитудно-фазовые возмущения воздействующего светового поля, но и возникающие в объёме ФПК термодинамические течения, искривляющие канал. Одним из способов стабилизации процесса самоканализирования световых пучков является ограничение степеней свободы, например, путём уменьшения активной области полимеризации в поперечном сечении. Таким образом, требуется исследовать процессы самоканализирования излучения в слое ФПК, ограниченного с двух сторон немодифицируемой средой. Практическое использование оптически синтезируемых волноведущих структур в качестве элементов волоконной оптики, в первую очередь, определяется возможностью их создания излучением, распространяющимся из торцов стандартных световодов [44−49]. Поэтому для исследования качества синтезируемых структур при изменении геометрии начального расположения пучков необходимо обеспечить систему точного позиционирования торцов световодов.
В средах с сильным поглощением не рассматривается взаимодействие вне области пересечения ввиду ограниченности трассы прохождения актиничного излучения в объёме композиции и, соответственно, малой толщины отверждаемого слоя (~1.Амм). Существующие экспериментальные и теоретические работы в этой области направлены, в основном, на изучение возможности синтеза волновода за счёт движения фронта полимеризации [16 -18,42]. Предложенные же теоретические модели описывают процесс образования волноведущего канала только на начальном этапе полимеризации, т. е. непосредственно вблизи входа излучения в среду. Вопросы взаимодействия изначально непересекающихся световых пучков в фотополимерах, чувствительных к свету видимого диапазона и обладающих незначительным поглощением, практически не затрагиваются в литературе.
Таким образом, работа посвящена исследованию процессов взаимодействия световых пучков в фотополимеризующихся композициях: анализу масштабов, на которых, происходит взаимодействие, исследованию влияния величины нелинейности на характер взаимодействия световых пучков и разработке оптических систем, позволяющих использовать процесс взаимодействия световых пучков для синтеза непосредственно пучками разнообразных, в т. ч. разветвлённых волноведущих структур.
В связи с этим, первая глава диссертации посвящена исследованию взаимодействия нескольких световых пучков в таких нелинейных нереверсивных средах, как фотополимеризующиеся композиции. Определены условия формирования единого волноведущего канала двумя пересекающимися световыми пучками как при встречном, так и при соиаправленном распространении. Предложена аналитическая модель взаимодействия таких пучков вне области пересечения, позволяющая предсказывать их поведение и вид траекторий формируемых каналов. Определены условия формирования крутящихся волноведущих структур, когда поперечное расстояние между осями взаимодействующих пучков сохраняется на всём протяжении структуры.
Во второй главе диссертации с помощью численного моделирования рассмотрено взаимодействие сонаправленных и встречно-распространяющихся волновых пучков в нерелаксирующей нелинейной среде на основании решения параболического уравнения [62,63], являющегося одним из основных методов описания явления самофокусировки волн, с использованием модельной экспозиционной характеристики в виде функции Рэлея [64,65]. Особое внимание уделено обеспечению устойчивости схем численного счёта на протяжённых дистанциях. Исследована энергетическая эффективность синтезируемых модулей и пути снижения оптических потерь распространяющегося излучения. Выяснены причины неустойчивости формирования волноведущих каналов в присутствии неоднородностей показателя преломления жидких ФПК. Предложенная диффузионная модель нитевидной неустойчивости процесса самоканализирования пучков позволяет определить параметры воздействующего излучения для обеспечения условий формирования однородного волноведущего канала.
Третья глава диссертации посвящена экспериментальному исследованию взаимодействия световых пучков в объёме ФПК как при встречном, так и при соиаправленном распространении. Реализован режим непересекающегося распространения близкорасположенных взаимодействующих пучковформирование крутящейся полимерной структуры. Проведено численное исследование возможности самоканализирования световых пучков в слое ФПК, ограниченного с двух сторон немодифицируемой средой. Экспериментально осуществлён синтез элементов разветвлённых волноведущих структур при воздействии излучения, распространяющегося из торца стандартного световода.
Таким образом, целью данной работы является теоретическое и экспериментальное исследование процесса взаимодействия световых пучков в прозрачных фотополимеризующнхся композициях, анализ устойчивости формирования протяжённых градиентных волноведущих каналов, а также исследование энергетической эффективности синтезируемых элементов волоконной оптики.
Краткое содержание работы.
Первая глава посвящена квазилинейному анализу процесса взаимодействия световых пучков в прозрачных фотополимеризующнхся композициях, сопровождающегося изменением направления распространения воздействующего излучения и формированием непрямолинейных волноведущих каналов. Выявлено, что взаимодействие сказывается при формировании очередного участка — в эти моменты и происходит изменение направления распространения пучков. Таким образом, определён характерный продольный масштаб, соответствующий длине элементарного участка — половина дифракционной длины пучка.
В параграфе 1.1 рассматривается эволюция показателя преломления на основе анализа кинетических уравнений реакции фотополимеризации. Приведены зависимости скорости модификации среды и изменения показателя преломления от экспозиции. Приводится анализ процесса последовательного формирования волноведущего канала с помощью «линзовой» модели.
В параграфе 1.2 исследуется взаимодействие двух пересекающихся гауссовых световых пучков при вариации параметров самих пучков и геометрии их начального взаимного расположения. Получено, что два пучка, распространяющихся под небольшим углом к продольной оси способны формировать не только крестообразные структуры. Определено критическое значение угла между оптическими осями пучков, зависящее от характеристик среды. Показано, что при величинах углов, меньших этого значения, происходит «слипание» сонаправленных пучков. В этом случае формируется единый волноведущий канал, локализующий излучение каждого из пучков.
В параграфе 1.3 проводится анализ взаимодействия встречно-направленных гауссовых световых пучков в ФПК. Построена линзовая модель взаимовлияния таких пучков и искривления формируемых ими волноведущих каналов. Выяснено, что при увеличении дистанции взаимодействия пучков эффект взаимного влияния накапливается, а угол наклона к продольной оси и скорость изменения расстояния между пучками возрастает. Получено, что при встречном распространении параллельных световых пучков, изначально не имеющих точек пересечения оптических осей, возможно формирование единого искривлённого волноведущего канала. При этом, чем больше смещение оптических осей пучков, тем дальше должны располагаться входные плоскости пучков. В случае недостаточной эффективности взаимодействия (малая дистанция между входными плоскостями пучков или большое расстояние между их оптическими осями) непрямолинейные каналы образуют петлеобразные структуры.
В параграфе 1.4 исследуется взаимодействие гауссовых световых пучков при сонаправленном распространении. Выяснено, что взаимовлияние пучков вызывает искривление формируемых каналов в результате того, что излучение тонких световых пучков с существенной дифракционной расходимостью не может быть полностью локализовано в градиентных волноведущих структурах. Анализ поведения пучков на плоскости параметров расстояния между центрами пучков и наклона к продольной оси показал, что изначально параллельные и даже расходящиеся (сходящиеся) пучки способны формировать циклически пересекающиеся каналы. Разнообразие траекторий также включает в себя формирование Хи Y-образных структур в зависимости от величины взаимного наклона осей пучков в области их пересечения.
В параграфе 1.5 рассмотрено взаимодействие световых пучков при их некомпланарном начальном расположении. Показано, что при оптическом формировании в ФПК протяжённых волноведущих структур взаимное влияние световых пучков вызывает искривление синтезируемых каналов, приводящее к их пересечению или слипанию. Однако возможны траектории, при которых наблюдается непересекающееся распространение пучков на протяжённых трассах и при достаточно плотной упаковке каналов. Получено, что начальное некомпланарное расположение пучков может привести к формированию различных спиралевидных траекторий. В частности, определены начальные условия (взаимное расстояние и наклон) таких режимов распространения световых пучков, при которых по мере удаления от входной плоскости расстояние между каналами не изменяется — формируются крутящиеся структуры.
Во второй главе численными методами исследуется роль величины оптической нелинейности в процессе взаимодействия нескольких световых пучков и формирования ими различных волноведущих структур в таких нелинейных нерелаксирующих средах, как фотополимеризующиеся композиции. Моделирование основано на непосредственном решении параболического уравнения для комплексной амплитуды поля воздействующего излучения совместно с уравнением модифицирования среды (экспозиционной хар актеристики).
Параграф 2.1 посвящен решению задач распространения излучения как системы близкорасположенных пучков. Проведено численное моделирование процесса нелинейного взаимодействия оптического излучения со средой, при котором может происходить формирование волноведущего канала. Особое внимание уделено обеспечению устойчивости формирования протяжённых волноведущих структур. С этой целью были разработаны комбинированные численные схемы, модифицированы для ускорения вычислений и адаптированы непосредственно под решение рассматриваемых задач. Подобраны такие параметры среды и пучков, при которых может наблюдаться формирование волноведущего канала на значительных трассах (десятки дифракционных длин). Также выявлен параметр нелинейности, определяющий характер самоканализирования пучков при варьировании параметров среды и пучка.
В параграфе 2.2 численно исследуется взаимное влияние световых пучков, распространяющихся сонаправленно и навстречу друг другу. Подобрана такая геометрия начального расположения пучков, при которой упрощаются алгоритмы вычислений и, соответственно, уменьшается время счёта. Также при моделировании рассматривалось взаимодействие волновых пучков в области их пересечения: при выполнении условия полного внутреннего отражения формируется единый волноведущий канал, локализующий излучение обоих пучков. Показано, что такая волноведущая структура может быть использована как элемент, суммирующий и разделяющий оптические потоки. Численно было показано, что взаимодействие пучков возможно и вне области пересечения их оптических осей. При этом происходит искривление формируемых ими волноведущих каналов.
В параграфе 2.3 анализируется энергетическая эффективность волноведущих модулей, оптически синтезируемых в ФПК при взаимодействии встречно-распространяющихся световых пучков. Получено, что качество стыковочного узла существенно зависит от распределения интенсивности на торцах многомодовых световодов. Предложены способы снижения оптических потерь в полимерных коннекторах. Исследовано влияние степени немонохроматичности воздействующего излучения при формировании волноведущих структур. Получено, что при использовании двух источников излучения с различающимися длинами волн (например, 0.63 и 0.53 мкм) качество полимерной вставки значительно повышается, а степень влияния распределения интенсивности на торцах стыкуемых световодов снижается.
В параграфе 2.4 проводится исследование взаимного влияния некомпланарных световых пучков в объёме фотополимеризующихся сред. Построена схема численного счёта для моделирования процесса взаимодействия объёмного распределения излучения со средой. Показана возможность формирования в фотополимерах различных спиралевидных волноведущих структур при воздействии излучения двух взаимно-некогерентных гауссовых световых пучков, оптические оси которых не имеют точек пересечения. Получено, что в результате взаимодействия происходит искривление каналов и изменение траекторий распространения излучения.
В параграфе 2.5 исследуется устойчивость формирования протяжённого волноведущего канала в присутствии малых по амплитуде предельно мелкомасштабных термодинамических флуктуаций показателя преломления среды. Исследован характер влияния и масштабы самоформирующихся неоднородностей на основании численного решения системы, состоящей из диффузионного и параболического уравнений. Показано, что термодинамические флуктуации показателя преломления среды могут вызывать дробление широких и «блуждание» тонких световых пучков. При этом диффузионные процессы в жидких фоторегистрирующих средах могут предотвращать эти явления и обеспечивают стабильность формирования протяжённых волноведущих каналов. Предложена диффузионная модель нитевидной неустойчивости процесса самоканализирования пучков, позволяющая определить параметры воздействующего излучения для обеспечения условий формирования однородного волноведущего канала. Полученное условие заключается в непревышении полушириной пучка размера концентрационных неоднородностей показателя преломления, развивающихся в ФПК при однородной полимеризации светом.
В третьей главе приводятся результаты экспериментального исследования процессов взаимодействия световых пучков в ФПК и анализируется возможность создания оптических систем позволяющих оптическим излучением формировать разнообразные волноведущие структуры. Исследования проводились для световых пучков, сфокусированных на поверхность полимеризующейся среды, в качестве которой использовалась фотополимеризующаяся композиция на основе ОКМ-2 с хинонным фотоинициирующим комплексом [41]. Для осуществления данных экспериментов были разработаны и созданы экспериментальные установки.
В параграфе 3.1 изложены результаты экспериментального исследования динамики концентрации энергии воздействующего излучения в синтезируемом канале. Предложено решение вопроса о расширении динамического диапазона стандартной видеокамеры для регистрации и измерения распределений интенсивности лазерного излучения, рассеянного на матовой поверхности экрана. Установлено, что по мере увеличения градиента показателя преломления среды внутри канала изначально сильно расходящийся световой пучок локализуется в апертуре формируемого полимерного волновода. При нарушении условий, оговоренных в п. 2.5, формирование однородного градиентного волноведушего канала становится невозможным, о чём свидетельствует и увеличение диаметра пятна, проецируемого воздействующим пучком на дно кюветы с фотополимером.
В параграфе 3.2 рассмотрена оптическая схема с «отрицательной» бипризмой, обеспечивающая требуемые расстояния и взаимный наклон оптических осей сонаправленных световых пучков для создания режимов их взаимодействия. Исследуется процесс формирования непрямолинейных волноведущих каналов при взаимодействии световых пучков в объёме ФПК. Показано, что при самоканализировании близкорасположенных сонаправленных световых пучков в слабопоглощающих ФПК на протяжённых трассах (-10 ld) может наблюдаться достаточно эффективное их взаимодействие даже вне области пересечения. При этом с увеличением трассы взаимодействия взаимное влияние пучков накапливается — увеличивается угол наклона к продольной оси. В зависимости от взаимного угла в области пересечения пучки могут образовывать как единый канал, так и Х-образную структуру, что наблюдается при больших значениях исходного поперечного расстояния между осями пучков. Особым случаем является формирование волноведущей структуры, состоящей из циклически пересекающиеся каналов. Также реализовано образование в объёме ФПК спиралевидных волноведущих структур при воздействии некомпланарных световых пучков.
В параграфе 3.3 проводится исследование влияния границ реактора на основе численного моделирования распространения излучения и формирования волноведущего канала в слое ФПК, ограниченном с двух сторон немодифицируемой средой с меньшим показателем преломления. Показано, что при величине толщины слоя, превосходящей значение диаметра самого пучка, может нарушиться устойчивость формирования волноведущего канала. С дальнейшим увеличением толщины слоя влияние границ ослабевает и при некотором оптимальном значении становится возможным устойчивое формирование волноведущего канала. Замечено, что при асимметричном расположении оси пучка относительно границ происходит искривление формируемого канала в сторону ближней границы. При этом, если толщина слоя мала, то вследствие влияния второй границы на суммарное распределение интенсивности трасса канала будет представлять собой кривую линию, попеременно приближающуюся к границам. Установлено, что волноводный режим не нарушается, если в качестве ограничивающего материала использовать стекло с показателем преломления, превышающим значение для мономера.
В параграфе 3.4 приводятся результаты экспериментального исследования взаимодействия световых пучков, распространяющихся из торцов стандартных световодов, в слое ФПК, ограниченного с двух сторон стеклянными пластинками. Такое ограничение одной степени свободы позволяет избавиться как от деструктивного влияния полимерных течений, неизбежно возникающих в объёме жидких ФПК при экспонировании, так и от возможного некомпланарного расположения осей световодов. Синтезированы из ФПК стыковочные узлы и разветвлённые волноведущие структуры для стандартных градиентных световодов.
В Приложениях приведены описания разностных схем, использованных для численного решения параболического и волнового уравнений.
В заключении приведены основные результаты, полученные в диссертации.
Работа выполнена на кафедре общей физики радиофизического факультета Нижегородского Государственного Университета им. Н. И. Лобачевского в лаборатории «Нелинейной оптики полимеризующихся сред» ННГУ и ИМХ РАН под руководством кандидата физ.-мат. наук, доцента кафедры общей физики Менсова С. Н. Экспериментальные исследования выполнены на фотополимеризующейся композиции с хинонным фотоинициирующим комплексом, разработанной в лаборатории «Свободной радикальной полимеризации» Института Металлоорганической Химии РАН им. Г. А. Разуваева.
Материалы диссертации докладывались на Международной конференции «Лазеры, измерения, информация» (С.- Петербург, 2004 г.), на Шестой и Восьмой Международных конференциях «Laser & Fiber-Optical Network Modeling» (Харьков, 2004 г. и 2006 г.), на Второй Международной конференции «Conference on Advanced Optoelectronics and Lasers» (Ялта, 2005 г.), на Четвёртой Международной конференции «Физика и технические приложения волновых процессов» (Н. Новгород, 2005 г.), на Седьмой, Восьмой, Девятой и Десятой конференциях по радиофизике (Н. Новгород, 2003 — 2006 гг.), на Девятой, Десятой и Одиннадцатой Сессиях молодых ученых (Н. Новгород, 2004 — 2006 гг.) и опубликованы в работах [А1 — А15]. Исследования, результаты которых приведены в диссертации, выполнены при поддержке грантов РФФИ 01−03−33 040 и 05−03−32 706-а, программы РНПВШ № 4625, гранта ведущей научной школы России № 1641.2003.2 (школа В. А. Зверева и Н.С. Степанова).
Автор признателен С. Н. Менсову за научное руководство и постоянное внимание к диссертанту, а также благодарен всему коллективу кафедры общей физики радиофизического факультета ННГУ им. Н. И. Лобачевского и лабораторий ИМХ РАН им. Г. А. Разуваева за доброжелательное отношение к работам, результаты которых изложены в диссертации.
Заключение
.
В заключение отметим основные результаты диссертации, выносимые на защиту:
1. Показано, что световые пучки могут эффективно взаимодействовать в слабо поглощающей фотополимеризующейся среде вне области их пересечения. При этом протяженность трасс, на которых происходит изменение направления распространения взаимодействующих пучков и, соответственно, формирование ими искривленных волноведущих структур, существенно зависит от их дифракционной длины. Построена безаберрационная линзовая модель этого процесса взаимодействия для гаусовых пучков как при сонаправленном, так и при встречном их распространении.
2. Выявлена возможность циклического пересечения и спиралевидного распространения сонаправленных световых пучков в ФПК. Определены условия реализации этих режимов формирования в фотополимерах поперечно локализованных волноведущих структур.
3. Построена численная модель нелинейного взаимодействия излучения с фотополимеризующимися средами, позволяющая анализировать процессы формирования несколькими световыми пучками волноведущих структур на протяженных трассах.
4. Установлено, что величина оптической нелинейности ФПК определяет диапазон углов пересечения световых пучков, при которых формируется единый волноведущий канал, и модовую структуру волноведущих каналов, синтезируемых оптическим излучением.
5. Показано, что встречно-распространяющиеся световые пучки, даже исходно не имея точки пересечения, могут в ФПК создавать единую волноведущую структуру. Полихроматическое излучение формирует при этом стыковочные узлы с наименьшим коэффициентом потерь.
6. Установлено, что диффузионные процессы в ФПК обеспечивают устойчивость процесса самоканализирования излучения на протяженных трассах, исключая блуждание тонких и дробление широких волноведущих структур, синтезируемых световыми пучками.
Разработаны и реализованы оптические системы, реализующие режимы взаимодействия световых пучков в ф ото п о л им еризу ю щи х ся средах и позволяющие светом формировать разнообразные, в том числе и разветвленные волноведущие структуры. Реализованы режимы самоканализирования и взаимодействия пучков в тонком слое ФПК. Показано, что оптимальными для этого являются границы слоя с большим показателем преломления.
