Коллинеарная дифракция света на ультразвуке в оптически анизотропной среде (1103421), страница 2
Текст из файла (страница 2)
Результаты, полученные в рамках такого рассмотрения,хорошо согласуются качественно и количественно с данными, полученными обычнымиакустооптическими методами.6Обнаружение коллинеарной дифракции расходящегося света на ультразвуке вкристалле парателлурита, имеющей высокую эффективность, доказывает правильностьтеории акустооптического взаимодействия, в рамках которой было предсказаносуществование такой дифракции.На примере коллинеарной дифракции исследованы особенности акустооптическоговзаимодействия на сверхвысоких акустических частотах, в частности несовпадениеакустическихчастотбрэгговскогосинхронизмаприраспространениисветавпротивоположных направлениях (невзаимный эффект). Проанализированы различныеслучаи взаимной ориентации волновых векторов света и ультразвука при дифракции в +1й и -1-й порядки и найдены условия возникновения невзаимного эффекта.
Полученоаналитическое выражение для величины указанного эффекта, учитывающее такжедисперсию показателя преломления среды взаимодействия. Полученные результатыпоказываютнеобходимостьучётаэтихфактороввтеорииакустооптическоговзаимодействия при больших значениях частоты ультразвука.Основные положения, выносимые на защиту1.Оптически анизотропная среда с распространяющейся в ней акустической волнойможет рассматриваться как слоистая двулучепреломляющая среда с различнойориентацией соседних слоёв. В частности, использование поляризационного фильтраШольца как модели коллинеарной акустооптической ячейки позволяет рассчитатьэффективность дифракции и значение коэффициента акустооптической связи.Эффективностьколлинеарнойдифракциинезависитотвеличиныдвулучепреломления материала.2.Коллинеарная дифракция света на ультразвуке в направлениях кристаллов,являющихся запрещёнными для акустооптического взаимодействия плоских волн,имеет место при использовании расходящегося света.
На основе обнаруженногоэффекта может быть создан коллинеарный акустооптический фильтр, использующийрасходящийся оптический пучок. Поперечная структура дифрагированного света вданном фильтре позволяет также осуществлять дифференцирование (оконтуривание)оптических изображений.3.Изменение взаимной ориентации волновых векторов падающего света и ультразвукана противоположную приводит к изменению акустической частоты коллинеарнойдифракции, соответствующей условию брэгговского синхронизма. На сверхвысокихчастотах ультразвука сдвиг акустической частоты становится сравнимым с шириной7полосы пропускания коллинеарного фильтра, что позволяет наблюдать указанныйэффект экспериментально и требует его учёта при проектировании акустооптическихустройств, работающих на сверхвысоких акустических частотах.Апробация работыРезультаты проведённых исследований были представлены на международныхконференциях: 10-я международная конференция студентов, аспирантов и молодыхучёных по фундаментальным наукам «Ломоносов-2003» (Россия, Москва, 2003 г.); 8-ямеждународная конференция «Системный анализ и управление» (Украина, Евпатория,2003 г.); 6th International Conference for Young Researchers “Wave Electronics and ItsApplications in the Information and Telecommunication Systems” (Россия, С.-Петербург,2003 г.); 9th School on Acousto-optics and Applications (Польша, Гданьск, 2004 г.);International Congress on Optics and Optoelectronics (COO-2005, Польша, Варшава, 2005 г.);2nd International Conference on Advanced Optoelectronics and Lasers (CAOL–2005, Украина,Ялта, 2005 г.); 35th Winter School on Wave and Quantum Acoustics (Польша, Устронь,2006 г.); 9th International Conference for Young Researchers “Wave Electronics and ItsApplications in Information and Telecommunication Systems, Non-Destructive Testing, Securityand Medicine” (Россия, С.-Петербург, 2006 г.); 7th International Young Scientists Conference«Optics and High Technology Material Science» (SPO-2006, Украина, Киев, 2006 г.); 10thInternational Conference for Young Researchers “Wave Electronics and Its Applications in theInformation and Telecommunication Systems” (Россия, С.-Петербург, 2007 г.).
Результатыисследований также обсуждались на научных семинарах лаборатории акустооптики икафедры физики колебаний физического факультета МГУ. По материалам диссертацииопубликованы работы, приведённые ниже.Структура и объём работыДиссертация состоит из введения, четырёх глав и заключения. Общий объём работысоставляет 137 страниц. Диссертация включает 37 рисунков и 2 таблицы. Библиографиясодержит 142 наименования, в том числе 17 авторских публикаций.Содержание работыВо введении содержится обоснование актуальности темы исследований, излагаютсяцели диссертационной работы, приводится краткое содержание работы, отмечается8научная новизна и практическая значимость проведённых исследований, сформулированыосновные положения, выносимые на защиту, приводятся сведения об апробациирезультатов работы.Первая глава диссертации содержит необходимые для последующего изложениясведения из теории акустооптического взаимодействия в анизотропных средах вообще иколлинеарноговзаимодействиявчастности.Показано,чтоколлинеарноеакустооптическое взаимодействие на низкой акустической частоте может иметь местотолько в анизотропной среде.
Приведены основные параметры коллинеарной дифракции ихарактеристики коллинеарных акустооптических фильтров. Показаны преимуществаколлинеарной геометрии дифракции для фильтрации оптических сигналов, а такжефундаментальные проблемы, возникающие при реализации этого типа акустооптическоговзаимодействия.Глава включает также обзор важнейших работ, посвящённых коллинеарнымакустооптическим фильтрам, начиная с 1960-х годов и до настоящего времени.Приведены общие схемы и параметры основных фильтров, созданных в нашей стране и зарубежом. Описаны работы по использованию коллинеарных акустооптических ячеек влазерных резонаторах для сужения линии генерации. Показано также, что использованиесноса энергии в кристаллах позволяет существенно расширить круг изучаемых явлений ииспользуемых материалов; приведены схемы соответствующих устройств.
В связи с тем,чтовомногихкристаллах(напримервпарателлурите)чистоколлинеарноевзаимодействие невозможно в силу симметрии кристаллической решётки материала,рассмотрены также способы реализации взаимодействия, имеющего близкую кколлинеарнойгеометрию:квазиколлинеарноевзаимодействиеивзаимодействиерасходящихся пучков. Дан краткий обзор квазиколлинеарных фильтров на парателлурите.Во второй главе диссертации проводится теоретическое исследование коллинеарногоакустооптического взаимодействия в оптически анизотропной среде.
Показывается, чтопроцессы, происходящие в коллинеарной акустооптической ячейке, по своей физическойсути близки к процессам и явлениям, наблюдаемым в системе последовательнорасположенных фазовых пластинок с повернутыми друг относительно друга осями. Всамом деле, распространяющаяся в кристалле акустическая волна вызывает изменениеоптической индикатрисы последнего, конкретно – поворот и деформацию эллипсоидапоказателей преломления.
Так как причиной анизотропной дифракции света наультразвуке является поворот осей индикатрисы, в данной главе исследуется именно этотаспект воздействия акустического возмущения на анизотропную среду. Посколькураспространениеакустической(ультразвуковой)9волны являетсяпериодическимРис.1.
Распространение света через систему повёрнутых друг относительно другадвулучепреломляющих пластинпроцессом, то можно утверждать, что эллипсоид поворачивается в разные стороны всоответствии с фазой волны, т. е. совершает колебания. Тогда акустическое поле вкристалле можно представить как набор тонких слоёв, в каждом из которых осииндикатрисы повёрнуты относительно соответствующих осей в соседних слоях. Приколлинеарном взаимодействии падающий свет проходит все эти слои последовательно.Это и означает, что процесс распространения света в акустическом поле подобен процессураспространениясветачерезсистемуповёрнутыхдруготносительнодругадвулучепреломляющих пластин (рис. 1).Такая система известна в оптике как поляризационный фильтр Шольца. Очевидно,что если на её входе имеется линейно поляризованная световая волна, то волна на выходебудет содержать как составляющую с исходной поляризацией, так и составляющую споляризацией, ортогональной исходной.
Поскольку при анизотропной акустооптическойдифракции плоскости поляризации падающего и дифрагированного света взаимно10ортогональны, то первую волну можно считать прошедшей, а вторую – дифрагированнойволной.Полученные в рамках этой модели аналитические выражения для эффективностидифракцииипараметраакустооптическойсвязисогласуютсясвыражениями,полученными ранее в рамках «традиционного» для акустооптики рассмотрения.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
