Физика
 
Curriculum vitae

Обзор основных научных результатов

1. Статистическая оптика: корреляция интенсивностей

1). Корреляция интенсивностей упруго рассеянного света
Мотивацией работы послужила теоретическая статья в "Вестнике МГУ", в которой предсказывалась корреляция интенсивностей света, упруго рассеянного в двух различных направлениях, при условии, что один и тот же рассеивающий объем облучается двумя лучами накачки, и направления накачек и рассеянных пучков связаны условием четырехволнового фазового синхронизма. Фактически это означало синхронизацию флуктуаций интенсивности, характерных для тепловой статистики интенсивности света, в этих двух направлениях. Эффект был подтвержден экспериментально как при рассеянии на частичках пыли, так и при дифракции на акустических волнах со случайной амплитудой. Результаты работ зафиксированы в статьях:

С.П.Кулик, А.Н.Пенин, П.А.Прудковский, "Корреляция электромагнитных полей в разнонаправленных модах при упругом рассеянии света" , ЖЭТФ, т.106, в.4, с.993-1000, 1994

С.П.Кулик, А.Н.Пенин, П.А.Прудковский, М.В.Чехова, "Корреляция интенсивностей при квазиупругом рассеянии света" , ЖЭТФ, т.110, в.5, с.1712-1726, 1996

2). Пространственная корреляционная функция интенсивности при квазиупругом рассеянии света
Использование вышеупомянутых акустических волн (на частоте 50 МГц) в плавленом кварце со случайной амплитудой позволило поставить ряд интересных экспериментов, демонстрирующих классические аналоги эффектов статистической квантовой оптики. При рассеянии одного пучка света была получена пространственная корреляционная функция интенсивности рассеянного света, имеющая форму "синкус" в квадрате:

M.V.Chekhova, S.P.Kulik, A.N.Penin, P.A.Prudkovskii, "Intensity interference in Bragg scattering by acoustic waves with thermal statistics", Phys.Rev.A, v.54, №6, p.R4645-R4648, 1996

Дальнейшим развитием эксперимента стало исследование осциллирующего характера корреляционной функции двух источников света с тепловой статистикой - полученных дифракцией двух параллельных пусков света на шумовой акустической волне:

M.V.Chekhova, S.P.Kulik, A.N.Penin, P.A.Prudkovskii, "Fourth-order interference of quasi-thermal light beams generated in an acoustic cell", Opt.Comm., v.132, p.15-18, 1996

3). Усиление флуктуаций света в цепи положительной обратной связи
Продолжением данной серии экспериментов явилось наблюдение эффекта усиления флуктуаций амплитуды акустических волн и интенсивности дифрагировавшего на них света, если шумовой сигнал ФЭУ, измеряющего эту интенсивность, использовать как сигнал для возбуждения акустических волн. Для данной цепи положительной обратной связи была построена модель, позволившая теоретически описать результаты эксперимента. Итогом работ на эту тему стали статьи:

П.А.Прудковский, "Статистические свойства света в цепи положительной обратной связи со случайным характером", Оптика и Спектроскопия, т.87, №3, с.439-447, 1999

P.A.Prudkovskii, P.D.Zhuravlev, "Superbunched light in a feedback loop with random properties", Opt.Comm., v.159, p.230-236, 1999

2. Фоторефракция: ФИРС и ПРГТ

Первоначально интерес к данным видам рассеяния в фоторефрактивных средах был вызван внешней аналогией ПРГТ со спонтанным параметрическим рассеянием. Однако в связи со сложностью системы в большинстве своем в данной области экспериментальные результаты и теоретические соображения плохо коррелировали друг с другом. Первая работа на эту тему была, по сути, результатом ознакомления с явлением фотоиндуцированного рассеяния света: дифракция пробного пучка света на шумовых решетках позволила наблюдать забавный, хотя и тривиальный эффект дифракции типа "жалюзи":

П.А.Прудковский, О.В.Скугаревский, "Избирательная анизотропная дифракция на шумовых голографических решетках в танталате лития", Оптика и Спектроскопия, т.82, №3, с.503-507, 1997

Следует отметить, что фотографии аналогичного эффекта на более регулярных решетках ПРГТ был получен с участием Димы Музыченко, но так и не был опубликован. Попытки изучения статистических свойств света ФИРС и ПРГТ не дало никаких интересных результатов с точки зрения статистической оптики, однако привело к обнаружению странного эффекта, так и не получившему теоретического обоснования. Выяснилось, что слабые флуктуации интенсивности накачки на частотах порядка сотен герц усиливаются в рассеянном свете в несколько раз. Странным в этом явлении является то, что характерным временем отклика исследуемых фоторефрактивных сред является максвелловское время, составляющее тысячи секунд. Механизм, позволяющий системе реагировать на значительно меньших временах, так и остался необъясненным:

П.А.Прудковский, О.В.Скугаревский, А.Н.Пенин, "Нелинейный отклик фоторефрактивных танталата и ниобата лития на звуковых частотах" , ЖЭТФ, т.112, в.10, с.1490-1498, 1997

Дальнейшие работы в этом направлении были связаны с изучением динамики развития рассеяния в фоторефрактивных средах, т.е. уже в парадигме не статистической оптики, а волнового смешения. Первая из статей представляет собой решение довольно тривиальной задачи по учету истощения накачки при трехволновом смешении в симметричной конфигурации ПРГТ:

П.А.Прудковский, О.В.Скугаревский, А.Н.Пенин, "Трехволновое смешение при стационарном параметрическом рассеянии голографического типа: точное решение с учетом истощения накачки", Вестник МГУ, сер. физ., №5, с.38-41, 1998

А вот следующая работа позволила сделать достаточно интересные выводы, хотя полной уверенности в их достоверности нет. Путем многократного измерения динамики развития ПРГТ при различных уровнях дополнительной подсветки при двух значениях интенсивности накачки была измерена интенсивность затравочного излучения и показано, что ее интенсивность не зависит от интенсивности накачки. Это косвенным образом свидетельствует об универсальном характере затравочного излучения, т.е. дает основания надеяться, что задача построения модели квантовых процессов на начальном этапе развития ПРГТ не лишена смысла:

П.А.Прудковский, А.Н.Пенин, "Параметрическое рассеяние голографического типа: универсальный характер затравочного излучения", Письма в ЖЭТФ, т.70, №10, с.660-663, 1999

Наконец, попытки объяснения нерегулярного характера динамических зависимостей интенсивности ПРГТ, полученных в предыдущей работе, привели к численному исследованию процессов двухволнового смешения в фоторефрактивной среде, показавшему, что при достаточно больших значениях интенсивности (или достаточно длинном кристалле) возможно наблюдение автоволнового режима развития рассеяния:

П.А.Прудковский, "Пространственно-временная самоорганизация при двухволновом смешении в фоторефрактивной среде", Письма в ЖЭТФ, т.77, в.7, с.421-425, 2003

Аналитическое объяснение процессов пространственно-волновой самоорганизации требует исследования системы четырех нелинейных уравнений в частных производных. Эта задача до сих пор не поддается решению, хотя некоторые полезные соображения имеются.

3. Фазовые переходы

1). KDP
Работа в области моделирования фазового перехода в кристаллах KDP была начата с целью объяснения поляризационных спектров прохождения света через доменную структуру KDP, потому что все имеющиеся объяснения казались неудовлетворительными. Отмечу - такими они остаются и по сей день. Зато задачу о росте доменно-блочных структур, возникающих в KDP при фазовом переходе, можно считать хотя бы в каком-то приближении решенной. Первой попыткой было построение одномерной модели фазового перехода. Эта модель позволяла сделать несколько любопытных выводов - относительно прогиба доменного профиля и возникновения несоразмерной фазы, - которые, тем не менее, скорее всего никак не могут наблюдаться в эксперименте:

А.А.Жуков, П.А.Прудковский, "Самосогласованная модель доменной структуры в сегнетоэлектрических кристаллах типа KDP" , Вестник МГУ, сер. физ., №4, с.55-59, 2002

В дальнейшем была построена двумерная модель, моделирование которой методом Монте-Карло демонстрировало уже достаточно правдоподобные картинки процесса формирования доменно-блочной структуры. Попытки аналитического описания этого процесса потребовали изучения фазового перехода еще одной системы, оказавшейся помесью двух классических моделей теории фазовых переходов - модели Изинга и модели Костерлица-Таулесса:

П.А.Прудковский, "Фазовый переход в обобщенной модели Изинга - Костерлица-Таулесса", Письма в ЖЭТФ, т.82, в.7, с.506-508, 2005

Дальнейшее описание процессов роста блочной структуры KDP происходило уже в рамках кинетики фазовых переходов, а не более изученной теории равновесных фазовых переходов. Ряд последовательных приближений позволил обосновать релевантность использования для данной системы результатов, полученных для релаксации дефектов в других системах, что дало возможность установить асимптотическое поведение размера доменных блоков и найти функцию распределения размеров доменных блоков:

П.А.Прудковский, "Кинетика роста доменных блоков в сегнетоэлектрических кристаллах типа KDP", Письма в ЖЭТФ, т.86, в.10, с.741-745, 2007

Полученная функция распределения доменных блоков уже используется для моделирования процессов генерации и прохождения бифотонных полей в кристалле KDP.

2). Ферромагнитные пленки

Последняя задачка посвящена изучению фазовых переходов в системе тонких ферромагнитных пленок. Существенной особенностью этих пленок является наличие анизотропии, направляющей магнитный момент элементарных ячеек перпендикулярно плоскости пленки. В отличии от предыдущих моделей здесь магнитный момент может вращаться, а не только менять направление на противоположное. При достаточно низких температурах в системе возникает доменная структура - система полос-доменов с магнитными моментами направленными вверх или вниз. Однако при наложении магнитного поля вдоль пленки магнитные моменты, ранее торчавшие перпендикулярно пленке, начинают нагибаться в направлении магнитного поля. Взаимодействие между магнитными моментами, торчащими вверх или вниз, начинает уменьшаться, что приводит к разрушению доменной структуры. При исчезновении магнитного поля доменная система снова возникает. Содержание работы касалось гистерезисных явлений, возникающих при изменении направления магнитного поля на противоположное:

P.A.Prudkovskii, A.N.Rubtsov, M.I.Katsnelson, "Topological defects, pattern evolution, and hysteresis in thin magnetic films", Europhysics Letters, v.73, №1, p.104-109, 2006

Работы, связанные с данной задачей, продолжаются - есть гипотеза о том, что разрушение доменной структуры при наложении магнитного поля происходит не через фазовый переход, а постепенно, т.е. возникающая структура имеет свойства спиновых стекол. Пока не совсем ясно, как именно можно доказать или опровергнуть данную гипотезу, сейчас работа находится в состоянии длительного моделирования поведения системы.