Развитие прецизионных лазерных методов количественного поляризационно-оптического анализа конденсированных сред (обзор)

Развитие прецизионных лазерных методов количественного поляризационно-оптического анализа конденсированных сред (обзор)

Автор: Фофанов Я.А., Соколов И.М., Плешаков И.В., Манойлов В.В., Заруцкий И.В., Курапцев А.С., Бардин Б.В.

Журнал: Научное приборостроение @nauchnoe-priborostroenie

Рубрика: Физика приборостроения

Статья в выпуске: 3 т.29, 2019 года.

Бесплатный доступ

В настоящем обзоре представлены результаты выполненных в ИАП РАН исследований, направленных на дальнейшее развитие лазерных методов количественного поляризационно-оптического анализа конденсированных сред. Основное внимание уделено исследованиям поляризационно-оптических характеристик магнитных наножидкостей в широком диапазоне концентраций. Экспериментальные данные, полученные для наножидкостей на основе магнетита в керосине, показывают, что развиваемые подходы и их экспериментальная реализация способны обеспечить очень высокую чувствительность, позволяющую выполнять эксперименты с магнитными наножидкостями при весьма значительном их разбавлении. Самое сильное разбавление, при котором поляризационные отклики были надежно зарегистрированы, соответствует концентрации твердой (магнитной) фазы 10-6. Полученные данные указывают также на единый процесс образования магнитооптических откликов в исследованном диапазоне концентраций. В теоретической части обзора описаны сравнительные исследования поляризационных характеристик разбавленных магнитных наножидкостей и ансамблей точечных рассеивателей...

Еще

Лазер, поляризационно-оптический анализ, магнитные наножидкости, оптоэлектроника, магнитооптика, проверка статистических гипотез, лазерная поляризационно-оптическая нанодиагностика

Короткий адрес: https://sciup.org/142218226

IDR: 142218226   |   УДК: 537.632,535.4   |   DOI: 10.18358/np-29-3-i319

The precision laser methods development for quantitative polarization-optical analysis of condensed matter (overview)

This overview presents the results of studies carried out in the IAP RAS aimed at further development of laser methods of quantitative polarization-optical analysis of condensed matter [1-4]. The main attention is paid to the research of the polarization-optical characteristics of magnetic nanofluids in a wide range of concentrations. Experimental data obtained for nanofluids based on magnetite in kerosene show that the developed approaches and their experimental implementation are able to provide a very high sensitivity, which allows to perform experiments with magnetic nanofluids in terms of very significant dilution. The highest dilution in which polarization responses were reliably recorded corresponds to the concentration of the solid (magnetic) phase 10-6. The obtained data also indicate a common generation process for magneto-optical responses in the studied concentration range [5]. In the theoretical part of the overview, comparative studies of the polarization properties of diluted magnetic nanofluids and ensembles of point-like scatters are described...

Еще

Список литературы Развитие прецизионных лазерных методов количественного поляризационно-оптического анализа конденсированных сред (обзор)

  • Badoz J., Billardon B.M., Canit J.C., Russel M.F.J. Sensitive devices to determine the state and degree of polarization of a light beam using a birefringence modulator//J. Optics. 1977. Vol. 8, no. 6. P. 373-384 DOI: 10.1088/0150-536X/8/6/003
  • Fofanov Ya.A. Threshold sensitivity in optical measurements with phase modulation//Proc. SPIE. The Report of tenth Union Symposium and School on High-Resolution Molecular Spectroscopy. 1992. Vol. 1811. P. 413-414 DOI: 10.1117/12.131190
  • Sokolov I.M., Fofanov Ya.A. Investigations of the small birefringence of transparent objects by strong phase modulation of probing laser radiation//J. Opt. Soc. Am. A. 1995. Vol. 12, no. 7. P. 1579-1588 DOI: 10.1364/JOSAA.12.001579
  • Фофанов Я.А., Плешаков И.В., Кузьмин Ю.И. Лазерное поляризационно-оптическое детектирование процесса намагничивания магнитоупорядоченного кристалла//Оптический журнал. 2013. Т. 80, № 1. С. 88-93 DOI: 10.1364/JOT.80.000064
  • Фофанов Я.А., Плешаков И.В., Прокофьев А.В. Исследование поляризационных магнитооптических откликов слабоконцентрированной феррожидкости//Письма в ЖТФ. 2016. Т. 42, вып. 20. C. 66-72 DOI: 10.1134/S1063785016100205
  • Scherer C., Figueiredo Neto A.M. Ferrofluids: properties and applications//Braz. J. Phys. 2005. Vol. 35, no. 3A. P. 718-727
  • DOI: 10.1590/S0103-97332005000400018
  • Скибин Ю.Н., Чеканов В.В., Райхер Ю.Л. Двойное лучепреломление в магнитной жидкости//ЖЭТФ. 1977. Т. 72, вып. 3. С. 949-955.
  • Scholten P.C. The origin of magnetic birefringence and dichroism in magnetic fluids//IEEE Trans. Magnetics. 1980. Vol. 16, no 2. P. 221-225
  • DOI: 10.1109/TMAG.1980.1060595
  • Kwong C.C., Yang T., Pandey K., Delande D., Pierrat R., Wilkowski D. Cooperative emission of a pulse train in an optically thick scattering medium//Phys. Rev. Lett. 2015. Vol. 115, no. 22. 223601
  • DOI: 10.1103/PhysRevLett.115.223601
  • Pellegrino J., Bourgain R., Jennewein S., Sortais Y.R.P., Browaeys A., Jenkins S.D., Ruostekoski J. Observation of suppression of light scattering induced by dipole-dipole interactions in a cold-atom ensemble//Phys. Rev. Lett. 2014. Vol. 113, no. 13. 133602
  • DOI: 10.1103/PhysRevLett.113.133602
  • Ido T., Loftus T.H., Boyd M.M., Ludlow A.D., Holman K.W., Ye J. Precision spectroscopy and densitydependent frequency shifts in ultracold Sr//Phys. Rev. Lett. 2005. Vol. 94, no. 15. 153001
  • DOI: 10.1103/PhysRevLett.94.153001
  • Kuraptsev A.S., Sokolov I.M. Spontaneous decay of an atom excited in a dense and disordered atomic ensemble: Quantum microscopic approach//Phys. Rev. A. 2014. Vol. 90. 012511
  • DOI: 10.1103/PhysRevA.90.012511
  • Javanainen J., Ruostekoski J., Li Yi, Yoo S.-M. Shifts of a resonance line in a dense atomic sample//Phys. Rev. Lett. 2014. Vol. 112. 113603
  • DOI: 10.1103/PhysRevLett.112.113603
  • Фофанов Я.А., Курапцев А.С., Соколов И.М. Влияние коллективных эффектов на процесс распространения электромагнитного излучения в плотных ультрахолодных атомных ансамблях//Опт. и спектр. 2012. T. 112. С. 444-453
  • DOI: 10.1134/S0030400X12030125
  • Fofanov Ya.A., Kuraptsev A.S., Sokolov I.M., Havey M.D. Dispersion of the dielectric permittivity of dense and cold atomic gases//Phys. Rev. A. 2011. Vol. 84, no. 5. 053811
  • DOI: 10.1103/PhysRevA.84.053811
  • Fofanov Ya.A., Kuraptsev A.S., Sokolov I.M., Havey M.D. Spatial distribution of optically induced atomic excitation in a dense and cold atomic ensemble//Phys. Rev. A. 2013. Vol. 87, no. 6. 063839
  • DOI: 10.1103/PhysRevA.87.063839
  • Kuraptsev A.S., Sokolov I.M. Reflection of resonant light from a plane surface of an ensemble of motionless point scatters//Phys. Rev. A. 2015. Vol. 91, no. 5. 053822
  • DOI: 10.1103/PhysRevA.91.053822
  • Keaveney J., Sargsyan F., Krohn U., Hughes I.G., Sarkisyan D., Adams C.S. Cooperative lamb shift in an atomic vapor layer of nanometer thickness//Phys. Rev. Lett. 2012. Vol. 108, no. 17. 173601
  • DOI: 10.1103/PhysRevLett.108.173601
  • Соколов И.М., Куприянов Д.В., Хэви М.Д. Микроскопическая теория рассеяния слабого электромагнитного излучения плотным ансамблем ультрахолодных атомов//ЖЭТФ. 2011. Т. 139. С. 288-304.
  • Sokolov I.M., Kupriyanov D.V., Olave R.G., Havey M.D. Light trapping in high-density ultracold atomic gases for quantum memory applications//J. Mod. Opt. 2010. Vol. 57. P. 1833-1841
  • DOI: 10.1080/09500340.2010.493977
  • Mandel L., Wolf E. Optical coherence and quantum optics. Cambridge, Cambridge University Press, 1995. 1190 p.
  • Kuraptsev A.S., Sokolov I.M., Fofanov Ya.A. Coherent specular reflection of resonant light from a dense ensemble of motionless point-like scatters in a slab geometry//Int. J. Mod. Phys. Conf. Ser. 2016. Vol. 41. 1660141
  • DOI: 10.1142/S2010194516601411
  • Фофанов Я.А., Плешаков И.В., Прокофьев А.В., Курапцев А.С., Бибик Е.Е. Лазерный поляризационно-оптический анализ процессов агломерации в магнитных наножидкостях//Сб. тр. X Международной конференции "Фундаментальные проблемы оптики -2018"/Под ред. Беспалова В.Г., Козлова С.А. СПб.: Университет ИТМО, 2018. С. 40-42.
  • Davis H.W., Llewellyn J.P. Magnetic birefringence of ferrofluids//J. Phys. D: Appl. Phys. 1979. Vol. 12, no. 2. P. 311-319
  • DOI: 10.1088/0022-3727/12/2/018
  • Фофанов Я.А., Афанасьев И.И., Бороздин С.Н. Структурное двупреломление в кристаллах оптического флюорита//Оптический журнал. 1998. Т. 65, № 9. С. 22-25.
  • Фофанов Я.А. Методы и приборы для количественного анализа структурного двулучепреломления материалов и веществ//Научное приборостроение. 1999. T. 9, № 3. С. 104-110. URL: http://iairas.ru/mag/1999/full3/Art10.pdf
  • Прокофьев А.В., Фофанов Я.А., Плешаков И.В., Бибик Е.Е. Лазерное поляризационно-оптическое наблюдение агломерации магнитных наночастиц в жидкой среде//Научное приборостроение. 2017. Т. 27, № 4. С. 3-7. URL: http://iairas.ru/mag/2017/full4/Art1.pdf
  • Fofanov Ya.A., Sokolov I.M., Pleshakov I.V., Vetrov V.N., Prokofiev A.V., Kuraptsev A.C., Bibik E.E. On the criteria for strong and weak polarization responses of ordered objects and systems//EPJ Web of Conferences. 2017. Vol. 161. 01003
  • DOI: 10.1051/epjconf/201716101003
  • Фофанов Я.А., Бардин Б.В. О поляризационных откликах объектов с малой оптической анизотропией//Научное приборостроение. 2016. Т. 26, № 1. С. 58-61. URL: http://iairas.ru/mag/2016/abst1.php#abst8
  • Фофанов Я.А, Манойлов В.В., Заруцкий И.В., Бардин Б.В. О подобии поляризационно-оптических откликов магнитных наножидкостей. Ч. I. Аппроксимация для слабых полей//Научное приборостроение. 2018. Т. 28, № 1. С. 45-52. URL: http://iairas.ru/mag/2018/full1/Art6.pdf
  • Румшиский Л.З. Математическая обработка результатов эксперимента. М.: Наука, 1971. 192 с.
  • Манойлов В.В., Костоянов А.И., Иванов Д.Ю. Полицикличность образования минералов платиновой группы из россыпных проявлений Урала и Тиммана//Геохимия. 2003. № 6. C 595-607.
  • Фофанов Я.А., Манойлов В.В., Заруцкий И.В., Бардин Б.В. О подобии поляризационно-оптических откликов магнитных наножидкостей. Ч. II. Оценка статистической значимости коэффициентов регрессии//Научное приборостроение. 2018. Т. 28, № 2. С. 54-61. URL: http://iairas.ru/mag/2018/full2/Art8.pdf
  • Дрейпер Н., Смит Г. Прикладной регрессионный анализ (кн. 1). М.: Финансы и статистика, 1986. 366 с.
  • Krzanowski W.J. Principles of multivariate analysis: a user's perspective. N.Y.: Oxford University Press, 1988. 563 p.
  • Восков А.Л. Статистическая обработка эксперимента. URL: http://td.chem.msu.ru/uploads/files/courses/general/statexp/lsq_descr.pdf
  • Кобзарь А.И. Прикладная математическая статистика. М.: Физматлит, 2006. 816 с.
  • Box G.E.P., Hunter J.S., Hunter W.G. Statistics for experimenters: design, discovery and innovation. A. John Wiley & Sons, Inc., 2005. 655 p.
  • Карпунин А.Е., Мазур А.C., Проскурина О.В., Герасимов В.И., Плешаков И.В., Фофанов Я.А., Кузьмин Ю.И. Наблюдение особенностей температурного поведения спектральных линий ЯМР 13C как метод изучения полигидроксилированного фуллерена C60(OH)n//Научное приборостроение. 2018. Т. 28, № 2. С. 49-53. URL: http://iairas.ru/mag/2018/full2/Art7.pdf
  • Karpunin A.E., Gerasimov V.I., Mazur A.S., Pleshakov I.V., Fofanov Ya.A., Proskurina O.V. NMR investigation of composite material, formed by fullerenol in polymer matrix of polyvinyl alcohol//2018 IEEE International conference on electrical engineering and photonics (EExPolytech). Saint Petersburg (Russia). IEEE, 2018. P. 168-171. URL: http://toc.proceedings.com/42129webtoc.pdf
  • DOI: 10.1109/EExPolytech.2018.8564390
  • Fofanov Ya., Vetrov V., Ignatenkov B. Laser polarization-optical sounding of optical crystals and ceramics//2018 International Conference Laser Optics (ICLO). IEEE, 2018. P. 406
  • DOI: 10.1109/LO.2018.8435268
  • Fofanov Ya.A. Nonlinear and fluctuation phenomena under conditions of strong selective reflection in inclined geometry//Advances in Optoelectronics Research/Ed. by Oswald M.R. USA, 2014. P. 75-114.
  • Ларионов, Н.В., Соколов И.М., Фофанов Я.А. Особенности углового распределения света, рассеянного холодным атомным ансамблем в присутствии постоянного электрического поля//Известия РАН. Серия физическая. 2019. Т. 83, № 3. С. 306-310
  • DOI: 10.1134/S0367676519030116
Еще
QR-код для установки приложения SciUp Наведите камеру и скачайте бесплатное приложение SciUp