Акустооптическое взаимодействие волновых пучков со сложной амплитудно-фазовой структурой (1102316)
Текст из файла
МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТИМЕНИ М.В. ЛОМОНОСОВАФизический факультетНа правах рукописиУДК 535.241МАНЦЕВИЧ СЕРГЕЙ НИКОЛАЕВИЧАКУСТООПТИЧЕСКОЕ ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ ВОЛНОВЫХ ПУЧКОВСО СЛОЖНОЙ АМПЛИТУДНО-ФАЗОВОЙ СТРУКТУРОЙСпециальность: 01.04.03 – радиофизикаАвторефератдиссертации на соискание ученой степеникандидата физико-математических наукМосква - 2012Работа выполнена на кафедре физики колебаний физического факультетаМосковского государственного университета имени М.В.
ЛомоносоваНаучный руководитель:доктор физико-математических наук, профессорБалакший Владимир ИвановичОфициальные оппоненты:доктор физико-математических наук, профессорПроклов Валерий Владимирович(ИРЭ им. В.А.Котельникова РАН)доктор физико-математических наук, профессорПожар Витольд Эдуардович(НТЦ уникального приборостроения РАН)Ведущая организация:Национальный исследовательский технологическийуниверситет "Московский институт стали и сплавов",НТЦ АкустооптикиЗащита состоится 10 мая 2012 г.
в 17.00 часов на заседании диссертационного советаД.501.001.67 при МГУ им. М.В.Ломоносова по адресу: 119991, ГСП-1, Москва, Ленинскиегоры, МГУ, физический факультет, центральная физическая аудитория им. Р.В.ХохловаС диссертацией можно ознакомиться в библиотеке физического факультета Московскогогосударственного университета им. М.В.ЛомоносоваАвтореферат разослан 9 апреляУченый секретарьдиссертационного совета Д.501.001.67кандидат физико-математических наук, доцент2А.Ф. КоролевОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫАктуальностьОптическое излучение является одним из основных источников получениячеловеком информации об окружающей среде, поэтому световое излучение находит всеболее широкое применение в современной науке и технике.
В связи с этим, разработкаметодов обработки оптической информации и управления световыми пучками имеетбольшое научное и практическое значение.В настоящее время управление оптическими пучками осуществляется косвеннымобразом. В частности, для этих целей можно использовать фотоупругий эффект,заключающийся в зависимости показателей преломления среды от приложенных к неймеханических напряжений. Явление фотоупругости лежит в основе акустооптического(АО) эффекта, исследованию которого посвящена данная диссертационная работа.Взаимодействиесветовыхпучковиакустическихволн,называемоеАОвзаимодействием, представляет собой дифракцию светового излучения на акустическойволне. Это явление вызвано тем, что акустическая волна при распространении в среде,прозрачной для светового излучения, меняет показатель преломления этой среды.
Такимобразом, оставаясь по-прежнему прозрачной для светового излучения, среда превращаетсяв фазовую дифракционную решетку [1-4].Создание разнообразных устройств и изучение их реальных характеристикпоказало, что решение задачи АО взаимодействия в простейшей постановке какдифракции плоской световой волны на монохроматическом акустическом столбе невсегда является удовлетворительным. Исследование АО взаимодействия пучков сосложной фазовой решеткой явилось новым направлением в акустооптике, и наиболеевпечатляющие результаты здесь были получены благодаря применению спектральногометода [2-4].Для создания АО устройств используются разнообразные материалы – кристаллы,жидкости, стекла и даже газы. Среды, в которых происходит АО взаимодействие, могутбыть как анизотропными, так и анизотропными. В настоящее время в подавляющембольшинстве случаев в качестве основы для создания АО ячеек используютсяанизотропные кристаллические среды, поскольку они дают гораздо больше возможностейдля реализации практических устройств.
Оптическая, акустическая и АО анизотропиясреды значительно усложняет расчет АО взаимодействия, особенно если структураоптических и акустических пучков является неоднородной.К сегодняшнему дню акустооптика превратилась в обширный раздел физики, тесно3связанный с акустикой, лазерной физикой, оптикой и физикой кристаллов. Большой и неиссякающий интерес к эффекту дифракции света на ультразвуке объясняется, во-первых,его сложностью и разнообразием проявлений в различных средах и при разных условияхэксперимента, а во-вторых, – и это является главной причиной, – высокойэффективностью и широкими функциональными возможностями АО методов управленияоптическим излучением. К настоящему времени предложено и исследовано более десяткаразличных типов АО устройств, отличающихся назначением и принципом действия.Некоторые из них, такие как модуляторы света, дефлекторы и фильтры, выпускаютсясерийно промышленностью.
Все это свидетельствует об актуальности исследований вобласти акустооптики и их практической значимости.Однако, несмотря на то, что общее количество публикаций по разнообразнымаспектам акустооптики насчитывает несколько тысяч, имеется ряд монографий,сборников статей и обзоров, тем не менее, остается еще немало неизученных вопросов, атакже задач, решенных приближенно.
Можно указать два основных направленийисследований в области современной акустооптики: 1) изучение особенностей АОвзаимодействия оптических и акустических пучков, имеющих сложную амплитуднофазовую структуру, и 2) исследование влияния оптической и акустической анизотропиисреды взаимодействия на характеристики дифракционного спектра.Создание разнообразных АО устройств и изучение их реальных характеристикпоказало, что решение задачи АО взаимодействия в простейшей постановке какдифракции плоской световой волны на монохроматическом однородном акустическомстолбе не всегда является удовлетворительным. Реальные световые пучки всегда имеютопределенную расходимость, вследствие чего условие АО фазового синхронизма неможет быть удовлетворено для всех компонент углового спектра пучка.
Особенно сильноэтосказываетсяприобработкеоптическихизображенийвспектральныхипространственных фильтрах. Еще более сильное влияние на характеристики АОдифракции оказывает амплитудная и фазовая неоднородность акустического поля,поскольку АО взаимодействие всегда осуществляется в ближней зоне дифракцииакустического пучка, где такая неоднородность особенно велика [5-7]. Амплитуднаянеоднородность приводит лишь к увеличению акустической мощности, необходимой дляполучения заданной эффективности дифракции. Фазовая неоднородность сказываетсяболее кардинально, поскольку в акустическом поле с искривленными волновымифронтами теряет смысл одна из основных характеристик АО взаимодействия – уголБрэгга, который отсчитывается от фронта акустической волны. В этом случае можноговорить лишь об эффективном угле Брэгга, определяемом не из условия фазового4синхронизма, а по максимуму интенсивности дифрагированного света.Вторым важным направлением исследования является анализ особенностей АОвзаимодействия,обусловленныхоптической,акустическойиакустооптическойанизотропией кристаллов.
Здесь открываются широкие возможности для нахожденияоптимальных срезов кристаллов, обеспечивающих наилучшие характеристики устройствпо потребляемой мощности, разрешающей способности и быстродействию [8].Именноврамкахсформулированныхзадачлежатисследованияданнойдиссертационной работы.Цель и задачи работыЦели диссертационной работы состояли в изучении особенностей, появляющихся привзаимодействии ограниченных световых и акустических пучков в средах с оптической иакустическойанизотропией,вчастности,приколлинеарнойгеометрииАОвзаимодействия.
В работе были поставлены и решались следующие задачи:1. Исследование влияния на характеристики коллинеарного АО взаимодействиярасходимости падающего светового пучка и анизотропии среды взаимодействия.2. Теоретическое и экспериментальное исследование поляризационных эффектов приколлинеарной АО дифракции произвольно поляризованного светового излучения.3. Разработка общей теории распространения акустических пучков в средах с сильнойакустической анизотропией.4.
Исследование влияния на характеристики АО взаимодействия амплитудной ифазовой неоднородности реальных акустических пучков.Научная новизна1. Развита теория АО взаимодействия пучков, имеющих сложную пространственнуюструктуру. Проведен подробный теоретический анализ двумерной структурыпередаточныхфункцийколлинеарныхАОячеекнапримерахкристалловпарателлурита и молибдата кальция, учитывающий анизотропию АО качества.2. Впервые исследована зависимость интегральной эффективности коллинеарнойдифракции от параметров АО взаимодействия для случаев низкочастотной ивысокочастотной геометрии взаимодействия. Показано, что форма передаточнойфункции и вид углового спектра светового пучка существенно влияют нахарактеристики дифракционного спектра: интегральную эффективность дифракции,частотный и спектральный диапазоны АО взаимодействия. Установлено, что междуосновными характеристиками взаимодействия существует противоречивая связь.3.
Впервые теоретически и экспериментально изучены поляризационные эффекты при5коллинеарномАОнеполяризованногонемодулированнойвзаимодействии.светаПоказано,чтовилисветасакустическойволне,интенсивностьслучаепроизвольнойдифракцииполяризациейвыходногонаизлучениясодержит модуляционные компоненты с частотами ультразвука. Соотношением междуамплитудамикомпонентможноуправлять,изменяявзаимнуюориентациюполяризаторов на входе и выходе системы.4. Разработан оригинальный метод расчета распространения акустических пучков ванизотропных средах, позволяющий исследовать структуру пучков для произвольныхнаправленийраспространениявкристаллеиналюбыхрасстоянияхотпьезопреобразователя.
Введено понятие лучевого спектра пучка и исследованазависимость его формы от акустической анизотропии кристалла.5. Исследовано влияние амплитудной и фазовой структуры реальных акустическихпучков на характеристики дифракционного спектра АО взаимодействия.6. Исследовано влияние селективности АО взаимодействия и расходимости световыхпучков на характеристики выходного сигнала в схеме оптического гетеродинирования.Научная и практическая значимость работыНаучная значимость диссертационной работы для акустооптики в целом определяетсятем, что проведенные в ней исследования дают более ясное представление обособенностях АО взаимодействия ограниченных волновых пучков в анизотропных средах.Результаты работы указывают на важность точного учета оптической, акустической и АОанизотропии среды, в которой осуществляется АО взаимодействие.Строгий расчет коллинеарной дифракции ограниченных световых пучков позволилсделать существенные уточнения формул, используемых в настоящее время при расчетеколлинеарных фильтров.Исследованные в диссертации поляризационные эффекты при коллинеарном АОвзаимодействии показали возможность создания эффективных модуляторов световогоизлучения на бегущей акустической волне с частотами модуляции до несколькихгигагерц.Вывод общего выражения для расчета структуры ультразвуковых пучков являетсясущественным достижением в области акустики анизотропных сред.
Характеристики
Тип файла PDF
PDF-формат наиболее широко используется для просмотра любого типа файлов на любом устройстве. В него можно сохранить документ, таблицы, презентацию, текст, чертежи, вычисления, графики и всё остальное, что можно показать на экране любого устройства. Именно его лучше всего использовать для печати.
Например, если Вам нужно распечатать чертёж из автокада, Вы сохраните чертёж на флешку, но будет ли автокад в пункте печати? А если будет, то нужная версия с нужными библиотеками? Именно для этого и нужен формат PDF - в нём точно будет показано верно вне зависимости от того, в какой программе создали PDF-файл и есть ли нужная программа для его просмотра.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
