Автореферат (Брэгговская дифракция света на ультразвуке в средах с сильной оптической и акустической анизотропией), страница 4

При этом,интенсивность света в отклоненном пучке может безгранично расти, а его18апертура − соответственно уменьшаться (см. рис. 3в). Кроме того, исследовановлияние затухания ультразвуковой волны на эффективность дифракции ичастотнуюполосуполуколлинеарногоакустооптическоговзаимодействия.Показано, что с ростом акустического затухания эффективность дифракциизначительно падает, а частотная полоса практически не изменяется.В четвертой главе работы также рассматриваются возможные условияреализации полуколлинеарной дифракции в кристалле парателлурита. Рассчитаназависимость коэффициента акустооптического качества и частоты ультразвуковойволны от угла среза при изотропной дифракции в плоскости (001) и прианизотропной дифракции в плоскости (1 1 0). Указаны оптимальные срезы дляреализации полуколлинеарного режима акустооптического взаимодействия.В диссертационной работе осуществлена первая экспериментальнаяреализация полуколлинеарного режима дифракции света на ультразвуке.Взаимодействие наблюдалось в плоскости (001) кристалла парателлурита, вкоторой реализуются наибольший угол сноса ультразвуковой волны ψ = 74о инаименьшая скорость ее распространения в данном кристалле V = 616 м/с.

Крометого, показатели преломления света no и ne для обеих поляризаций в плоскости(001) не зависят от направления его распространения. При дифракции света наультразвуке в данной плоскости возможны лишь переходы без измененияплоскости поляризации, как в оптически изотропной среде. Это обстоятельствогарантирует, что полуколлинеарный режим дифракции возникает в данном случаеименно в силу акустической, а не оптической анизотропии среды взаимодействия,чтообеспечивалодополнительноеповышениенадежностиполученныхэкспериментальных результатов.В эксперименте использовалась дифракция излучения гелий-неоновоголазера с длиной волны λ = 3,39 мкм на ультразвуковой волне с углом сносаψ = 72о и скоростью распространения V = 716 м/с.

Это позволило обеспечитьминимально возможную акустическую частоту, равную f = 2neV/cos ψ = 300 МГц,что было необходимо для достижения минимального затухания ультразвука. Вданнойконфигурациивзаимодействия19величинакоэффициентаакустооптического качества при поляризации электромагнитной волны вдольоптической оси (необыкновенная волна) оказалась равной M = 3,6 · 10-15 с3/кг.Наблюдаемая эффективность дифракции оказалась весьма малой, что привело кнеобходимости использовать двойную модуляцию ультразвуковой волны исинхронное детектирование сигнала, снимаемого с фотоприемника.

Построеннаяэкспериментальная установка позволяла измерять эффективность дифракции довеличин 2 · 10-6, повышая отношение сигнал-шум на 50 дБ по сравнению ссигналом на фотоприемнике.Результаты проведенных измерений оказались качественно и количественносоответствующимивыводамразработаннойтеорииполуколлинеарноговзаимодействия. В частности, экспериментально доказано, что ширина частотнойполосы полуколлинеарного взаимодействия обратно пропорциональна апертуресветового пучка. Следует отметить, что данное свойство специфично дляполуколлинеарной дифракции света на ультразвуке, и оно не наблюдается ни впоперечном, ни в коллинеарном режимах акустооптического взаимодействия.В пятой главе диссертации проводится сравнительное рассмотрениенизкочастотного и высокочастотного режимов коллинеарного акустооптическоговзаимодействия. Показано, что в коллинеарном случае двумерное уравнениесвязанных мод сводится к известному одномерному уравнению.

Полученычисленные решения уравнения связанных мод, описывающего низкочастотный ивысокочастотный режимы коллинеарного акустооптического взаимодействия.Показано влияние затухания ультразвука и коэффициента акустооптической связина форму аппаратной функции, ширину частотной полосы взаимодействия иэффективность дифракции. Проведено сравнение характера этого влияния внизкочастотном и высокочастотном режимах.Исследован эффект амплитудной невзаимности коллинеарного режимаакустооптического взаимодействия. Проведено сравнение проявлений этогоэффекта при низкочастотном и высокочастотном коллинеарном взаимодействии вразличных акустооптических материалах.

Показано, что в большинстве случаевамплитудная невзаимность проявляется в высокочастотном режиме существенно20сильнее,чемвнизкочастотном.Предложеныоптимальныеусловияэкспериментального наблюдения невзаимного эффекта в низкочастотном режимев кристалле ниобата лития, а в высокочастотном − в кристалле корунда (сапфира).Заключение содержит краткое перечисление основных научных результатовпроведенного исследования.Основные результаты и выводы1) Показано, что описание процесса дифракции света на ультразвуке всредах,обладающихсильнойанизотропиейупругихсвойств,требуетрассматривать данный процесс при произвольных, в том числе больших,значениях углов дифракции.

Получено двумерное уравнение связанных мод,описывающее дифракцию света на ультразвуке при произвольных направленияхраспространения световых пучков и произвольной геометрической форме областивзаимодействия. Уравнение получено в вариантах, соответствующих оптическиизотропным и анизотропным средам, а также пространственно однородным инеоднородным акустическим полям.2) Разработаны методы аналитического и численного решения двумерногоуравнения связанных мод, описывающего брэгговский режим дифракции света наультразвуке. Особенностью предлагаемыхметодов является возможностьисследования акустооптического взаимодействия при произвольных, в том числебольших, углах падения и дифракции света.

Предлагаемые методы позволяютнаходитьпространственнуюструктурусветовыхпучковдифракционныхпорядков как при синхронном взаимодействии, так и в условиях расстройки.Показано, чтодвумерноеуравнениясвязанныхмодпозволяет описатьакустооптические эффекты, которые не могут быть описаны в рамках известныхподходов к задаче дифракции света на ультразвуке.3) Теоретически и экспериментально исследован полуколлинеарный режимдифракции света на ультразвуке в упруго анизотропной среде, при которомсветовой пучок одного из дифракционных порядков направлен строго вдоль21ультразвуковогостолба.Показано,чтохарактеристикиданногорежимадифракции света на ультразвуке, в отличие от известных в настоящее времярежимов, существенно определяются пространственным ограничением областивзаимодействия по двум координатам. Проведено теоретическое исследование иэкспериментальное наблюдение полуколлинеарного режима акустооптическоговзаимодействия в кристалле парателлурита.4) Проведено исследование коллинеарного режима акустооптическоговзаимодействия при помощи двумерного уравнения связанных мод.

Полученычисленные решения уравнения связанных мод, описывающего низкочастотный ивысокочастотный режимы коллинеарного акустооптического взаимодействия.Исследованэффектамплитуднойневзаимностиколлинеарногорежимаакустооптического взаимодействия. Проведено сравнение проявлений этогоэффекта при низкочастотном и высокочастотном коллинеарном взаимодействии.Цитируемая литература:1) Балакший В.И., Парыгин В.Н., Чирков Л.Е. Физические основыакустооптики.

М., 1985.2) Магдич Л.Н., Молчанов В.Я. Акустооптические устройства и ихприменение. М., 1978.3) Задорин А.С. Динамика акустооптического взаимодействия. Томск, 2004.4) Goutzoulis A., Pape D. Design and Fabrication of Acousto-Optic Devices.New York, 1994.5) Voloshinov V., Makarov O. − Proceedings of SPIE, 1998, v.

3581, p.108.6) Voloshinov V.B. − Proceedings of SPIE, 2001, v. 4514, p.8.7) Балакший В.И., Волошин А.С. − Оптика и спектроскопия, 2011, т. 110, №5, стр. 840.8) Balakshy V.I., Voloshin A.S., Molchanov V.Ya. − Ultrasonics, 2015, v. 59, p.102.9) Задорин А.С., Шарангович С.Н. − Оптика и спектроскопия, 1985, т. 59, №3, стр.

592.10) Makarov O.Yu., Voloshinov V.B. − Proc. Int. Forum on Wave Electronicsand its Applications, St.-Petersburg, 2000, p.185.11) Oliveira J.E.B., Jen C.K. − Applied Optics, 1990, v.29, № 6, p.836.2212) Петров В.В., Григорьев М.А., Толстиков А.В. − Оптика и спектр., 2000,т.89, № 3, стр.505.13) Корниенко Л.С., Наний Н.В., Наний О.Е. − Вестник МГУ, сер. 3, 1991, т.32, № 4, стр. 67.14) Доброленский Ю.С., Волошинов В.Б., Зюрюкин Ю.А. − Квант.электрон.,2008, т.38, № 1, стр. 46.Основные результаты диссертации опубликованы в следующих работах:1) Дьяконов Е.А. Исследование невзаимного эффекта при коллинеарномакустооптическом взаимодействии.

− В сб.: Международная конференциястудентов, аспирантов и молодых ученых по фундаментальным наукам"Ломоносов-2008". Секция "Физика". Сборник тезисов. − М., МГУ, 2008.2) Дьяконов Е.А., Волошинов В.Б. Невзаимный эффект в коллинеарномакустооптическом фильтре на основе кристалла ниобата лития. − В сб.:Когерентная оптика и оптическая спектроскопия. 12-я Международнаямолодежная научная школа.

Сборник статей, под ред. Салахова М. Х. − Казань,КГУ, 2008, стр. 254-257.3) Dobrolenskiy Yu.S., Voloshinov V.B., Zyuryukin Yu.A., Dyakonov E.A. NonReciprocity of Acousto-Optic Interaction in Collinear Tunable Acousto-Optic Filters. −Applied Optics, 2009, v. 72, № 3, p. C67-C73.4) Dyakonov E., Nikitin P., Dobrolenskiy Yu., Voloshinov V. Laser Setup forObservation of Acousto-Optic Non-Reciprocity.

− Wave Electronics and ItsApplications in the Information and Telecommunication Systems. 12-th InternationalConference for Young Researchers. Preliminary Programme and Abstracts. − St.Petersburg, 2009, p. 20.5) Никитин П.А., Дьяконов Е.А. Невзаимный эффект при коллинеарнойдифракции в кристаллах сапфира и ниобата лития. − В сб.: Международнаяконференция студентов, аспирантов и молодых ученых по фундаментальнымнаукам "Ломоносов-2009". Секция "Физика". Сборник тезисов. − М., МГУ, 2009,стр. 168-169.6) Дьяконов Е.А., Никитин П.А.

Оптическое невзаимное устройство наоснове коллинеарного акустооптического фильтра. − В сб.: Научно-практическаяконференция "Фундаментальные и прикладные аспекты инновационных проектовфизического факультета МГУ". Сборник трудов. − М., МГУ, 2009, стр. 56-57.7) Дьяконов Е.А., Никитин П.А. Оптическое невзаимное устройство наоснове коллинеарного акустооптического фильтра. − В сб.: Молодежный форум"Фундаментальные и прикладные аспекты инновационных проектов физическогофакультета МГУ". Сборник докладов. − М., МГУ, 2009, стр. 62-70.238) Дьяконов Е.А., Поликарпова Н.В., Волошинов В.Б. Акустооптическоеисследование ультразвуковых волн с большими углами сноса энергии впарателлурите.