Голямина И.П. - Ультразвук (маленькая энциклопедия) (1040516), страница 11
Текст из файла (страница 11)
приборы отличаются универсальностью, быстродействием, простотов конструкции, кроме того,позволяют вести параллельную обработку информации в реальном масштабе времени. Работа подавляющего большинства акусгооптич. устройств основана на явлении дихррак!!ии света на ультраввукв. Поскольку угол отклонения дифрагированного света определяется длиной звуковой волны, им можно управлять, изъгеняя частоту вводимого звука. Этот принцип управления направлением светового луча в пространстве полон!он в основу работы акустооптич. дефлекторов и сканеров. Распределение энергии менхду основным лучом и дифрагированпыи регулируется изменением интенсивности звука, Этот эффект используется н приборах, управляющих интенсивно- АкхстООптикА стью световых пучков.
На периодич. структуре, создаваемой монохроматич. звуковой волной, аффективно дифрагирует свет лишь определенной длины волны. Такая избирательность поаволяет выделить из спектра падающего оптич. излучения узкий спектральный интервал. С изменением частоты внука меняется в широких пределах и длина волны дифрагированного света. На этом явлении основывается работа быстродействуюп1их аиустооптич. Устройств, осуществляющих управляемую фильтрацию светового сигнала.
Картина взаимодействии падающего оптич. излучения со звуковыми волнами зависит от интенсивности звука и света. Если плотность потока световой энергии отноаительно невелика, то воадействием света на среду, в к-рой распространяется звук, можно пренебречь. Тогда взаимодействие света со внуком сводится, в зависимости от соотношения между поперечным раамером с) падающего оптич. пучка и длиной звуковой волны Л, к явлениям дифракции и рефракции.
Если же, наоборот, интенсивность света достаточно велика,а звука относительно мала, то возможно усиление слабых звуковых волн светом или генерация внука в результате вынужденного Мандельштама — Вриллиеиа рассеяния. Акустооптич. рефракция — изиепение хода световых лучей в неоднородно деформированной среде (рис. ()— возникает, если поперечный раамер светового пучка И значительно меньше длины звуковой волны, т.
е. е( сС Л. Световой луч, падающий нормально, после прохождения звукового пучка толщиной В отклоняется от своего первоначального направления на угол (), пропорциональный длине пути светового луча в звуковом воле Ь П и градиенту показателя преломления и. В случае бегущей У 3-вой волны угол отклонения меняется во времени с частотой звука Я по эаконуа р = 2а — з(п (ст, Лин яЛ определяя тем самым синусоидальный закон сканирования светового луча.
Здесь Ле =- — рязЯ вЂ” амплитуда ио- 1 е дуляции показателя преломления я, Юа — амплитуда деформации в эву- козой волне, р — упругооптич. постоянная вещества (постоянная Поккельса), характериаующая зависимость покавателя преломления от упругой деформации и определяемая вырансениевс е„— е Р= е 8 (ее и е — диэлектрич. проницаемость невозмущенной и возмущенной среды соответственно, Ю вЂ” деформация среды). Величина угла отклонении огра- Рис.
1. Ребраеаия света иа ееуее. ничена, т. к. при больших значениях () искривленный световой луч попадает в )область звуковой волны, где градиент деформации меняет знак и начинаетсн отклонение луча в противоположную сторону. Для водьг углы отклонения не превыпгают величины 3,4' при плотностях звукового потока не более (00 Вт!сме. Днфракцин света на УЗ эффективна лишь при определенной геометрии акустооптич. ваанмодействия. При дифракции света на высокочастотном звуке свет должен падать на внуковой пучок под определенным углом — т.
н. Углом Брзгга; в этом случае возникает только первый порядок дифрагированного света. При дифракции света на УЗ в реальных условиях необходимо учитывать конечную расходимость как световых, так и акустич. пучков, к-рая характериауется величинами: Таят Чс( уее ЛФ где И и  — характерные размеры светового и авукового излучателей, Х вЂ” длина световой волны. В случае узкого акустического пучка, когда у и.луапт, во взаиьюдействии со светом участвует лишь та часть внуковых, АКУСТООПТИКА лучей, для к-рых оказались выполненкымп условия Брэгга.
Поскольку эти условия выполняются для ваех световых лучей, то возможно полное отклонение падающего света. Угловая расходимость дифрагированиого юлучения совпадает с расходимостью падающего. При иаменеиии частоты звука угол отклонения дифрагированного пучка может меняться в пределах Лб'~ ~2уо„. В случае брэггоеской дифракции на широком акустич. пучке, т. е. при уок (( усат, днфрагззроваино(1 оказывается лишь часть падающего света, для волновых векторов к-рой выполняются брэггоеские условия.
Б области нивких звуковых частот эффективная дифракция имеет место, когда свет падает нормально на звуковой пучок; это т.н, лифракция 1'амана — Ната, в результате к-рой энергия падающего излучения распределяется среди многих порядков дифракции. Нак брэгговская дпфракция, так и дифракция Рамена — Ната птироко используются и в современной технике, и в различных физич, исследованиях. Акустооптичеекие методы в фиаических исследованиях. Акустооптич.
методы дают воэможность научать локальные характеристики звуковых ноле!1 и свойства материалов, в к-рых имеет место взаимодействие света со звуком. По угловым зависимостям лифрагированного света определяются диаграмма направленности и спектральный состав акустич. излучения. Анализ эффективности дифракции в различных точках образца позволяет носстановить картину пространствен- ногО распределения интенсивности .«Уко. Наконец, на основе акустоонтич. эффектов осуществляется визуолизичия звуковых полей, С мощью брэгговской дифракции удастся получить информацию о спектральном, угловом и пространственном распределении акустич. фононов в дливноволновой области фононного спектра.
Лкустооптич. дифракция позволяет измерять многое параметры материалов: скорость и поглощение звука, модули упругости второго, третьего к более высоких порядков, упругооптпч.постоянные и другие величины. 1'азц ив условии Брэгга по иввестным зкзчекиям частоты ( УЗ и длины волны света й и по измеренному углу 20и кажду падающим и дифрагирован- ными световыми лучами можно определить скорость звука: оз. =),Н2жп Ев (где йи — т. н. угол Брзгга). На основе полученных таким образом данных о значениях ов„по различным назгравлениям рассчйтывается полная матица модулей упругости (С!Па!). (оэфф.
поглощения авука а можно найти путелг сравнения интенсивностей 1, и гз дифрагированного авета, измеренных при двух положениях падающего светового луча, смещенных друг относительно друга на расстояние о вдоль направления распространения звуковой волны: г, и= —,, 1в — '. г, При распространении в среде интенсивных звуковых волн метод акуатооптич. дифракции позволяет получить данные о модулях упругости высших порядков. Измерение упругооптич.
постоянных осуществляется двумя способами. В ыетоде индуцированного двулучепреломлення к образцу прикладываетси механич. напряжение, выаывающее изменение положения осей и главных значений зллипсоида показателей преломления. По этим иаменениям определяют абсолютную величину и знак соответствующего упрутооптич. коэфф. р. Меняя ориентацию образца относительно прикладываемого напряжения и падающего светового луча, можно измерить полную матрицу упругооптич.
постоянных рО,ь!. Другой метод„основанный на сравнении эффективностей дифракции в различных средах, поаволяет определить упругооптич. качество Мз — рз одного из материалов, если эта величина известна для другого материала. Акустоопткческке устройства — активные оптич. элементы, позволяющие управлять всеми параметрами светового луча, а также обрабатывать пвформацию, носителем к-рой являются как световая, так и звуковая волны. Основу таких устроиств составляет акустооптич. ячейка (АОЯ). Она состоит кз рабочего тела (твердотельного образца или кюветы с жидкостью), в объеме к-рого происходит ваакмодействие света с УЗ-вой волной, и излучателя УЗ, обычно пред- АКУСТООПТНКА ставляюигего собой кленочннй нреобразозатзль илк ньззозлзктричзский нрзобразозатзль.
В зависимости от назначения имеется несколько типов акустооптич. приборов: дефлекторы, модуляторы, фильтры, процессоры и др. Все они используются для управления световым лучом как внутри, так и вне оптич, квантового генератора, а также в устройствах обработки информации, носителем к-рой является звуковая волыа. Лкустооптические дефлекторы и сканеры — устройства для управления направлением светового луча в пространстве на основе явлении акустооптич. дифракции и рефракции. Сканеры предназначаются для непрерывной развеутки луча; в дефлекторе имеется напор фиксированных направлений,по которым должен отклоняться световой луч.
В дифракционноидефлекторе (рис. 2) луч света падает на ЛОЯ, в к-рой воабуждается звуковая волна с частотой Б В реаультате брэгговской дифракции свет частично отклоняется. При изменении частоты авука ме- Рне. 3. Схема акустооп- тнческоголе- фяекторз; 3 — акустоСвек оптическая ячейка; З— нзлучзтечь ультразвука; 3 -ФатоорнЕннае устройство: Π— максимальное угло- еое перемещение луч*. няется и угол отклонения дифрагированного луча: происходит перемещение светового луча по экрану фотоприемного устройства.
Использование частотно-модулированных звуковых сигналов (см. Модуляция колебаний) позволяет непрерывно изменять направление светового луча. Акустооптич. дефлекторы осуществляют как однокоордииатиое, так и двухкоординатное отклонение светового луча, В последнем случае испольауются два скрещенных одыомерпых дефлектора, Они могут быть совмещены в одной акустооптич, ячейке, если воабуждать в ней акустич. волны в двух еааимыо перпендикулярных направлениях.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
