Голямина И.П. - Ультразвук (маленькая энциклопедия) (1040516), страница 47
Текст из файла (страница 47)
Точно решить вадачу о расчете Д. з. удается только в иснлючительвых случаях; известны точные репгения для Д. з. на полуплосмости и на клине с идеальными границами, на пилообразных решетках, на отверстии цилиндрич. трубы с тонкими стенками, а также длн Д. н. на сфере и др. поверхностях 2-го порядка. С точными решенияии можно сравнивать результаты расчета Д. з.
рааличными приблия<енными методами; они могут исиольаоваться также при оценке дифракции на телах, форма к-рых близиа н форме тел, для к-рых имеются точные ревтенин. Лоррр Г о р вл и к Г. С., Колебания и волны, 2 мвд., М., 1999; Х а й к и н С. Э,, виаические основы механики, 2 нва„ м., 1971, 9191; Х енл Х., М ауе А„ В е с т п ф а л ь К., теорйк нифракции, лвр. с неи., М., 1961; Вайнштейн Л.
А., Дифракнйо влвктромагниткыт и звуковых волн на открытом конце еолновоЛа, М., 1999. дг. А. И.окввив. ДИФРАКЦИЯ СВЕТА ИА УЛЬТРАЗВУКЕ (акустооптическая дифракция) — совокупность явлений, свяаанных с отклонением от законов прямолинейного распространения света в среде в присутствии УЗ-вой волны. В результате периодич. изменения показателя преломления света и под дейстнием знувовой волны в среде возникает структура, аналогичная дифракционпой решетке, к-рая обладает периодичностью УЗ-воп волны и движется влгесте с ней со скоростью внука.
Если в такой структуре распространяетсн пучок монохроматич. света, то в среде, помимо основного, возникают пучки отклоненного (дифрагированного) света, характериспакв к-рых — направление в пространстне, полнризация н а фра ции скота на ультразвуке. интенсивность — аависят от параметров звукового поля (частоты и интенсивности УЗ, толщины авукового пучка !)), а также от угла О, под к-рыи падает свет на звуковой пучок (рпс. !).
г(аблюдать Д. с, на у. можно, посылая лазерный луч 1 (рис. 2) на обрааец 2, в котором излучатель звука 8 возбуждает УЗ-вую волну. Линев 4 собирает дифрагиронанный спет, идущий по разным направлениям,. в различных точках экрана 5. Если иалучатель УЗ выключен, на экране видно световое пятно от проходящего света. При включении УЗ справа и елена от кого появляются пятна, соадаваемые дифрагировашаым светом различных порядков (рис. 3), Помощая влаесто экрана диафрагму, моягно выделить соответствующим порядок дифракции, интенсивность к-рого дифрдкцмн свктд нд кльтрлэнкмк 127 измеряется фотоприемным устройством б.
С помощью поляриэационного анализатора 7 можно выделить иа отклонбнного излучения свет определенной поляриэации. Таким способом измеряют угловые, амплитудные и полярнэационные характеристики дифрагмронанного излучения. Рис. в. схема набяюдгиия цифракдии света иа ультразвуке< 1 — икустооягическая, 11 — регистрирующая системы: 1 — иуч иаоера; г — образец; а — иоцучатець евука; а — иииаа; Х вЂ” экран иви диафрагма; Π— фотоцриб<м«ик; à — аиациеатор; С вЂ” угол отклонения дифрагированного света от направяония яа- дающего, В реаультате Доя.<еро эффекта при рассеннии на диижущейсп решетке возникает сдвиг частоты дифрагированного света: для т.-го порядка дифракции частота света = ю, ~ и<(), (1) ГДЕ <Оо — Чаотата ПаДа<ОЩЕГО СВЕта, () — частота внука, юо, — частота дифрагированного света. Частота света, отклоненного в стороцу распространения УЗ-вой волны, увеличн- Рис.
э. ФотограФия, иллюстрирующая дифракцию сиота на уцьтраавуке. Слева и справа от центра.пьиого нитка видны три нарядна дифрагироваиного света. вается (анак+ в ф-ле (1)), а отклоненного в противоположную сторону [энак — ), уменьшается. Непосредственное вэаныодействие падшгитхега света со звуком обусловливает таль- но 1-й порядок дифракцни, а высшие порядки появляются лишь в результате последующей дифракции на звуке света, уже отклоненного в (-й, 2-й и т. д.
порядки. Интенсивность света в дифракционном максимуме определяется фаэовыми сдвигами между волнами„ приходящими в точку наблюдения иэ всех точек объема взаимодействия (рис. 1). В общем случае разность фаа Л<р -)))).ыф1, где 2 — длина волны света, поэтому электромагнитные волны, испускаемые различными частял<и области нааимадействия, интерфернруя, взаимно гасят друг друга.
Нри проиэвольном угле падения света 0 эффективность з)т Д. с. на у. мала (эдесь = 1т<1щ, 1 — лнтенснвность света в т-м поирядке дифракции, 1оо — интенсивность падающего света). Однако при определенной геометрии взаимодействия, когда иалучение, идущее иэ различных точек области взаимодействия в направлении на т-й дифракционный максимум, окааываетсн синфаэнымг значение т)т воэрастает на много порндков — воанинает явление т.
н. евонансной дифракции. о явление имеет место в первом дифракдионном порядке, если выполыяется условие: ) Л<р ) = )) Й ~ К ) — —, ! Б с', 1, (2) где Й и К вЂ” волнаной вектор света и звука соответственно, с — скорость света в вакууме, н — покаэатель преломления для световой волны, Ь— длина вэаимодействия в направлении на 1-й дифракцнонный максимум (рис. С квщгговомеханич точки зрения реэананснан дифракция представляет собой процесс поглощения (испускания) акустич.
4оиоко фотоном и образования рассеннного рзотоко с частотой ю' и валноиыи вектором ф'. Условие реэонапснай дифракцин энвнвалеятно эакону сохранения энергии — импульса (т. н. уоловиа ДИФРА»СЦИН СВИТА НА УЛЬТРАЗПУКК .сиихронпзма — см, Нваинейнис вваилодвйствия) с а»о~В= ° )с~у(=й. (3) Поскольку частота света при рассеянии практически не изменяется (т. к, П((юо), то в изогропной среде й' й, Условие возникновения и характер резонансной Д. с. на у. зависят от соотношения между длинами волн света А и звука Л.
Для низкочастотного звука, длина волны к-рого удовлетворяет условию )»ЫЛ«((1, резонансная дифракция имеет место при нормальном падении Заныло эрата Рис. «. Схема Лоннанав Ерова Рал|лна— света на звуковой пучок. Это т. н. ди франц и я Рамана — Н ата. В этом случае световая волна проходит сквозь авуковой пучок не отражаясь, а периодич. изменение н под действием УЗ приводит к периодич. изменению фазы прошедшей световой волны. На выходе плоская волна оказывается фазомодулированной: ее волновой фронт становится «гофрированным» (рис. 4). Такая волна эквивалентна значительному числу плоских волн, распространяющихся под малыми углами к проходящему световому пучку.
Действительна, условие резонансной дифракции (3) выполняется одновременно для большого числа порядков дифракции, и при достаточной длине взаимодействия Б возникаот многократное рассеяние фотона на фононах. Соответственно при выходе иэ области акустооптич. взаимодействия световой луч разбивается на серию лучей с частотами Юрз =- Ют+ тП, т =- ОНН1,..., Идущих по раэличныи направлониям, определяемым соотно»пением: з1п 0 =- л»П)Л. Интенсивность излучения света в т-й дифракционный максимум выражается ф-лой: 1„= 1,а1' ( — "","*'Б) = = 1»»1'- (" — ь'. ~' М»1зв), (4) лзфраилнх Ната.
где 1 — ф-ция Бесселя 1-го рода т-го порядка, 1»„= — рс Я, — интенсивность звуна, р — *йлотность материала, сн, — скорость авука в нем, Ю, — амплитуда деформации в звуковой волне, )ч — длина световой волны в вакууме. Величина е» вЂ” н р= '= (где ео и 3-ла алансон з — диэлектрическая пронвцаеиость невоз-Ьна лара»о» мущенной н воамущен- З»тнт»нтав омт ной среды СОответотаьта »орава» венно, 5 — деформация +Гав нарт»т» среды) наз. у п р у+э-оо лов»от» г о о п т и ч е с к о й постоянной материала, или п остоянной Поккельса, а величина М» =- рн на 1рс»з наз. а к у с т о о п т и ч ескни качеством материала и явлнется основной характеристикой его акустооптич. свойств.
При достаточной длине вваимодействия Б и интенсивности звука 1,з амплитуда дифрагированного света сравнивается с амплитудой падающего. С уволит чением двины Б (равной в атом случае толщине звукового пучка ))) нли амплитуды деформации ба интенсивности как проходящего света, так н света, отклоненного в различные порядки дифракции, осциллируяег(рис. 5),причеи амплитуда осцилляций гюстепенно у»«еньпзаотся, т. к. энергия падающего излучения распределяется среди все воарастающего числа дифракциолных максимумов. Резонансная дифракция света на высоьочастотноы звуке, длина волны к-рого удовлетворяет условию ЛИЛ» Р1, наа. б р э г г о вской дифракцией.
Она возникает, если свет падает на ввуновой пучок под определенным углом 0 (рис. 6, а), т. н. углом Брвгга: Он = агсэш ~ — „— ) . (5) В этом случае отклонение света происходит только в 1-й порядок диф- ДИФРАНЦИЯ СВЕТА НА УЛЬТРАЗВРКЕ ракцип. Объяснить дифракцию Брэгга можно тем, что падающая под углом н эвуковпй решетке световая волна частично отражается от нее (рис. О, б) и интерференция отраженных лу- ю + () (+ 1-й порядон дифракции) либо ю — () ( — 1-й порядок). Этот процесс можно представить как рассеяние фотона на фононо, при к-ром соблюдается закон сохранении энергии и импульса (3). При атом анек— соответствует испусканию фонона, а знак + поглопгению. Дифрагированный луч выходит из звукового пучка под углом рассеяния О'; в изотропной среде О' = Ов .
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
