РОЗДІЛ 2.
ТЕПЛОВЕ ВИПРОМІНЮВАННЯ СВІТЛОПОГЛИНАЛЬНИХ МІКРОЧАСТИНОК У РІДИНАХ І СТЕКЛАХ ПРИ ЛАЗЕРНОМУ ЗБУДЖЕННІ
2.1. Загальна характеристика індукованого лазером теплового випромінювання світлопоглинальних мікрочастинок
Останнім часом у фізиці спостерігається стрімке зростання уваги до досліджень мікро- та нано-об'єктів. Переглядаючи ведучі фізичні журнали за останні декілька років, практично у кожному випуску можна знайти публікації, у яких досліджуються квантові ями, нитки, точки, дельта-шари, мікро- та наночастинки, кластери, нанотрубки, фулерени, тощо. Фізика мікро- та нано-об'єктів відкрила і продовжує відкривати нові ефекти, які поглиблюють наше розуміння оточуючого світу і його фундаментальних законів. Варто згадати, наприклад, ефекти розмірного квантування, ефект Казиміра, ефекти самоорганізації колоїдних частинок, тощо [15, 166?172].
Дослідження мікро- та нано-об'єктів становлять інтерес як з наукової, так і з практичної точок зору. Важливою ознакою розвитку нанофізики є тісний зв'язок з технологією. Сучасні досягнення нанотехнологій вражають своїми можливостями та ще більше - перспективами. Серед перспективних напрямків розвитку варто відзначити розробку нових композитних, дрібнодисперсних та поруватих матеріалів (у тому числі на основі нановолокон та нанотрубок), пристроїв мікро- та нано-електроніки, сенсорів, мікро-електро-механічних систем (MEMS-технологія, "smart dust"-технологія), тощо [19, 173?183].
Розмежування між мікро- та нано-фізикою за ознакою характерних розмірів досліджуваних об'єктів строго не визначене. У багатьох випадках нанооб'єктами вважають такі, розміри яких не перебільшують 100 нм або декількох десятків нанометрів. У даній дисертаційній роботі розділи 2 та 3 присвячені дослідженням взаємодії потужного імпульсного лазерного випромінювання зі світлопоглинальними мікрооб'єктами (частинками), підвішеними у прозорих конденсованих середовищах (у воді, склі). Середні розміри частинок у досліджуваних у даній роботі водних суспензіях наближено оцінюються порядку 100 нм. Розміри світлопоглинальних мікровключень у досліджуваних боратних стеклах не визначено. Використані для досліджень суспензії не є монодисперсними. У типових випадках у таких суспензіях функція розподілу частинок за розмірами представляє собою плавну криву з одним максимумом, крила якої сягають від десятків нанометрів до мікрометрів.
Важливе місце у фізиці мікро- та нано-об'єктів займають оптичні дослідження, у тому числі у галузі лазерної спектроскопії та нелінійної оптики. Оптичним властивостям дрібнодисперсних систем присвячено значну кількість робіт, як експериментальних, так і теоретичних. Давно відомі і добре вивчені закономірності розсіяння та поглинання світла дрібними частинками [184-180, 226]. Важливе місце займають дослідження розсіяння світла несферичними частинками, складеними частинками (частинками з оболонками) та кластерами [188?192]. Дослідження оптичних властивостей мікрочастинок з оболонками становлять значний інтерес для фізики атмосфери, де аерозольні частинки з водними оболонками зустрічаються досить часто [189]. Мікрочастинки з оболонками є також перспективними об'єктами сучасної технології та матеріалознавства.
Відзначимо ще два важливих приклади застосування колоїдів в оптиці. Колоїди срібла застосовують в якості субстрату для експериментів з комбінаційного розсіяння, посиленого поверхнею (SERS-спектроскопія) [193?195]. Одним з найбільш багатообіцяльних методів створення фотонних кристалів в оптичній спектральній області є застосування колоїдних частинок або пухирців [196?198].
Широко досліджуються спектральні властивості мікро- та нано-частинок (люмінесценція, поглинання), які суттєво відрізняються від аналогічних властивостей макроскопічних об'єктів [199?206]. Наприклад, у деяких розчинниках нанокристали CdTe демонструють незвичне явище - температурне антигасіння люмінесценції - зменшення виходу люмінесценції при охолодженні кристалу [207]. Особливості люмінесцентних характеристик сильно розсіювальних середовищ аналізуються в роботах [208, 209].
Завдяки залежності електронних та оптичних властивостей від розмірів кристалу відкриваються додаткові можливості для їх застосування в різних галузях оптики. Наприклад, напівпровідникові нанокристали (квантові точки) мають перспективи застосування у біології в якості люмінесцентних міток (замість органічних барвників) [207]. Оксидні стекла з напівпровідниковими нанокристалами застосовуються для виготовлення ряду поглинальних оптичних фільтрів [210, 211]. Напівпровідникові лазери та лазерні підсилювачі з квантовими точками в активній області демонструють чудові технічні характеристики (високі частоти модуляції, температурна стабільність) для застосувань у галузі телекомунікацій [212, 213].
Для дрібнодисперсних систем характерними є нелінійно-оптичні властивості різної природи. У літературі повідомляється про спостереження генерації оптичних гармонік, вироджене чотирьох-хвильове змішування, тощо [15, 40, 210, 214-223]. Деякі квантові точки демонструють явища насичення поглинання та вимушеного випромінювання, придатні для застосування у квантовій електроніці [224, 225]. У суспензіях вуглецевих частинок та нанотрубок спостерігається явище оптичного обмеження в широкому спектральному інтервалі [103, 105-120].
Важливе місце займають дослідження оптичних властивостей природних дрібнодисперсних систем, у тому числі аерозолів, природної води, астрономічних об'єктів (міжпланетний та міжзірковий пил, комети, тощо) [138, 226-226], а також штучно створюваних мікрочастинок-забруднювачів природного середовища (викиди підприємств в атмосферу та водоймища, вихлопи двигунів, тощо) [231?235].
Серед останніх досягнень у галузі оптики дисперсних середовищ варто відзначити спостереження ефекту локалізації фотонів у сильно розсіювальних середовищах [236?239] (оптичний аналог андерсенівської слабкої локалізації електронів провідності [240]). Крім того, не можна не згадати про розробку і реаліз
- Київ+380960830922