Il Nuovo Cimento D

, Volume 11, Issue 11, pp 1577–1586 | Cite as

Diffraction patterns of laser beams with thermal self-phase modulation by optically thin films

  • F. Bloisi
  • L. Vicari
  • P. Cavaliere
  • S. Martellucci
Article
  • 22 Downloads

Summary

A mathematical model of the far-field diffraction pattern of a laser beam with laser heating self-phase modulation through an optically thin film is presented. We deal with the steady-state temperature field generated by the weak absorption of a laser beam in an optically and thermally thin film bounded by two transparent plates, the cell walls, whose thermal exchange to the surrounding ambient has been assumed to be linear in the temperature difference to the ambient. These hypotheses describe the application of the steady-state «thermal lens» spectroscopy to the detection of the optical or thermal properties of liquid samples. We give a very simple expression for the diffracted intensity that appears suitable for fast computer calculations. The good accuracy of the technique is shown by comparison with the results given by more intricate approaches.

PACS 44.50

Thermal properties of matter (phenomenology, experimental techniques) 

Riassunto

Presentiamo in quest'articolo un nuovo modello matematico per il calcolo della figura di diffrazione a grande distanza di un fascio laser che subisce modulazione di fase nell'attraversamento di un campione otticamente sottile riscaldato dal fascio stesso. Si tratta in particolare il caso del campo di temperatura stazionario generato dall'assorbimento del fascio laser in un film limitato da due lastre trasparenti. Il film ha un basso coefficiente di assorbimento ed è di spessore tale da non poter trascurare gli effetti termici ed ottici nelle lastre di contenimento il cui scambio termico con l'ambiente è considerato proporzionale alla differenza di temperatura. Queste ipotesi descrivono l'applicazione, nel caso stazionario, della spettroscopia detta di «thermal lens» alla misura di proprietà termiche od ottiche di campioni liquidi. Si presenta un'espressione esplicita per l'intensità diffratta che permette di realizzare programmi di calcolo elettronico molto rapidi. L'affidabilità del metodo è dimostrata per confronto con le soluzioni offerte da modelli preesistenti di piú complessa applicazione.

Резюме

Предлагается математическая модель для описания дифракционной картины для лазерных пучков с тепловой модуляцией фазы, связанной с прохождением через оптически тонкие пленки. Мы рассматриваем стационрное поле температур, образованное слабым поглощением лазерного пучка в оптически и термически тонкой пленке, ограниченной двумя прозрачными пластинами, стенками ячейки, для которых теплообмен с окружающей средой предполагается линейным по разности температур с окружающей средой. Эти гипотезы описывают применение спектроскопии стационарных «тепловых линз» для определения оптических или термических свойств жидких образцов. Мы приводим очень простое выражение для дифракционной картины, которая получается с помощью компьутерных вычислений. Покзывается высокая точность предложенной техники, посредством сравнения с резулятатами, полученными с помощью волее сложных подходов.

Preview

Unable to display preview. Download preview PDF.

Unable to display preview. Download preview PDF.

References

  1. (1).
    S. A. Akhmanov, R. V. Khokhlov andA. P. Sukhorukov: inLaser Handbook, edited byF. T. Arecchi andE. O. Schulz-Dubois Vol.2 (North-Holland, Amsterdam, 1972), Part E3.Google Scholar
  2. (2).
    Y. R. Shen:The Principles of Nonlinear Optics (John Wiley and Sons, New York, N.Y., 1984), Chapt. 17.Google Scholar
  3. (3).
    S. A. Akhmanov, D. P. Krindach, A. V. Migulin, A. P. Sukhorukov andR. V. Khokhlov:IEEE J. Quantum Electronic, QE-4, 568 (1968).CrossRefADSGoogle Scholar
  4. (4).
    F. V. Dabby, T. K. Gustafson, J. R. Whinnery, Y. Kohanzadeh andP. L. Kelley:Appl. Phys. Lett.,16, 362 (1970).CrossRefADSGoogle Scholar
  5. (5).
    A. S. Zolot'ko, V. F. Kitaeva, N. Kroo, N. N. Sobolev andL. Chillag:JETP Lett.,32, 158 (1980).ADSGoogle Scholar
  6. (6).
    S. D. Durbin, S. M. Arakelian andY. R. Shen:Opt. Lett.,6, 411 (1981).ADSGoogle Scholar
  7. (7).
    I. C. Khoo:Phis. Rev. A,25, 1636 (1982).CrossRefADSGoogle Scholar
  8. (8).
    E. Santamato andY. R. Shen:Opt. Lett.,9, 564 (1984).ADSGoogle Scholar
  9. (9).
    I. C. Khoo, J. Y. Hou, T. H. Liu, P. Y. Yan, R. R. Michael andG. M. Finn:J. Opt. Soc. Am. B,4, 886 (1987).ADSGoogle Scholar
  10. (10).
    I. C. Khoo, G. M. Finn, R. R. Michael andT. H. Liu:Opt. Lett.,11, 227 (1986).ADSGoogle Scholar
  11. (11).
    I. C. Khoo, P. Y. Yan, T. H. Liu, S. Shepar andJ. Y. Hou:Phys. Rev. A,29, 2756 (1984).CrossRefADSGoogle Scholar
  12. (12).
    J. E. Bjorkholm, P. W. Smith, W. J. Tomlinson andA. E. Kaplan:Opt. Lett.,6, 345 (1981).ADSCrossRefGoogle Scholar
  13. (13).
    J. R. Lalanne, E. Sein, J. Buchert andS. Kielich:Appl. Phys. Lett.,36, 973 (1980).CrossRefADSGoogle Scholar
  14. (14).
    P. Dorion, B. Pouligny andJ. R. Lalanne:J. Phys. (Paris) Coll. C,6, 197 (1983).Google Scholar
  15. (15).
    J. R. Lalanne, B. Pouligny andE. Sein:J. Phys. Chem.,87, 696 (1983).CrossRefGoogle Scholar
  16. (16).
    P. Dorion, J. R. Lalanne andB. Pouligny:IEEE J. Quantum Electron., QE-22, 1534 (1986).CrossRefADSGoogle Scholar
  17. (17).
    P. Calmettes andC. Laj:J. Phys. (Paris) Coll. C,1, 125 (1972).Google Scholar
  18. (18).
    G. Koren:Phys. Rev. A,13, 1177 (1976).CrossRefADSGoogle Scholar
  19. (19).
    J. S⌉aby:Opt. Commun.,60, 133 (1986).CrossRefADSGoogle Scholar
  20. (20).
    J. S⌉aby:Opt. Commun.,64, 89 (1987).CrossRefADSGoogle Scholar
  21. (21).
    F. Bloisi, L. Vicari, P. Cavaliere andS. Martellucci:Laser heating of optically thin samples, Nuovo Cimento, in press.Google Scholar
  22. (22).
    F. Bloisi, S. Martellucci, J. Quartieri andL. Vicari:Europhys. Lett.,4, 905 (1987).ADSGoogle Scholar

Copyright information

© Società Italiana di Fisica 1989

Authors and Affiliations

  • F. Bloisi
    • 1
  • L. Vicari
    • 1
  • P. Cavaliere
    • 2
  • S. Martellucci
    • 3
  1. 1.Dipartimento di Scienze Fisiche dell'UniversitàNapoliItalia
  2. 2.Istituto di Fisica dell'UniversitàLecceItalia
  3. 3.Dipartimento di Ingegneria Meccanica dell'Università Tor VergataRomaItalia

Personalised recommendations