Details

Предмет исследования. Лазерные поляризационно-оптические методы зондирования вещества. Актуальность этого направления исследований определяется необходимостью разработки и дальнейшего улучшения методов и средств для прецизионной диагностики материалов. Цель работы. Анализ возможностей и перспектив развития высокочувствительной лазерной поляризационно-оптической и структурной диагностики упорядоченных веществ, функциональных материалов, микро- и наносистем. Методология работы. Рассмотрено сканирующее просвечивание исследуемых объектов модулированным по поляризации лазерным излучением. Значительное внимание уделено при этом систематизации и обобщению представленных в работе результатов исследований. Описание экспериментальных данных для актуальных объектов и систем дополнено их сравнительным теоретическим анализом. Основные результаты. Исследована иерархия критериев сильных и слабых поляризационных откликов, которая охватывает весьма широкий и практически очень удобный диапазон измеряемого двулучепреломления от 1x10{3} до 1x10{-4} угл. мин. Показано, что в этом диапазоне аналитическая шкала является линейной (пропорциональной), естественные шумы лазерного излучения не вносят существенных помех, а наблюдаемые поляризационно-оптические отклики обладают полезным для их анализа свойством аддитивности. Продемонстрировано эффективное применение развиваемых подходов для лазерного зондирования и диагностики широкого класса объектов и сред, например, оптических и лазерных материалов и элементов с повышенной оптической и структурной однородностью, кристаллических магнетиков, магнитных наножидкостей низких концентраций и т. д. Для магнитной наножидкости на основе магнетита в керосине поляризационные отклики зарегистрированы при рекордно малой минимальной объёмной концентрации 1x10{-7}. Реализована принципиальная возможность разделения и сравнительного изучения быстрых случайных и относительно медленных технологических вариаций (приращений) поляризационных откликов исследуемых материалов и наносистем. Практическая значимость. Полученные результаты характеризуют высокую чувствительность и вполне приемлемую информативность рассмотренных методов лазерного зондирования вещества. Развиваемые подходы могут дать много новой информации о структурных особенностях и связанных с ними флуктуациях параметров веществ и функциональных материалов самого широкого применения. Они могут быть значительно расширены и далее, например, на исследования и диагностику биополимеров, биологических жидкостей, объектов иной природы и состава.

The subject of study is the laser polarization-optical methods for matter probing. The actuality of this area of research is determined by the need to develop and further improve the methods and means for precision diagnostics of materials. The aim of study is the analysis of the possibilities and prospects for the development of highly sensitive laser polarization-optical and structural diagnostics of ordered substances, functional materials, micro- and nanosystems. Methodology of work. The scanning transmission of the objects under study by polarization-modulated laser radiation is considered. Significant attention is paid to the systematization and generalization of the research results presented in the work. The description of experimental data for actual objects and systems is supplemented by their comparative theoretical analysis. Main results. A hierarchy of criteria for strong and weak polarization responses, which covers a very wide and practically very convenient range of measured birefringence from 1x10{3} arc. min up to 1x10{-4} arc. min, has been studied. It is shown that in this range the analytical scale is linear (proportional), natural noise of laser radiation does not introduce significant obstacles, and the observed polarization-optical responses have the property of additivity, which is useful for their analysis. The effective application of the developed approaches for laser probing and diagnostics of a wide class of objects and media, for example, optical and laser materials and elements with increased optical and structural homogeneity, crystalline magnets, magnetic nanofluids of low concentrations, etc., has been demonstrated. For a magnetic nanofluid based on magnetite in kerosene, polarization responses were registered at a record low minimum volume concentration of 1x10{-7}. The fundamental possibility of separating and comparatively studying fast random and relatively slow technological variations (increments) of polarization responses of the materials and nanosystems under study has been realized. Practical significance. The results obtained characterize the high sensitivity and quite acceptable information content of the considered methods of matter laser sensing. The approaches being developed can provide a lot of new data about the structural features and associated fluctuations in the parameters of substances and functional materials of wide application. They can be significantly expanded further, for example, to the research and diagnostics of biopolymers, biological fluids, objects of a different nature and composition.