Автореферат (1104298), страница 2

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 2)

В режиме изотропной брэгговской дифракции света снос акустическогопучка уменьшает частотный и угловой диапазоны АО взаимодействия как косинусугла сноса независимо от частоты ультразвука и поляризации падающего света.2. В режиме анизотропной брэгговской дифракции снос акустического пучкаможет как увеличивать, так и уменьшать диапазоны АО взаимодействия взависимости от среза кристалла, частоты ультразвука, поляризации и направленияпадающего света.3.АкустическийсносзаметносказываетсянахарактеристикахАОвзаимодействия. Изменение диапазона взаимодействия может составлять несколькораз.

Поэтому этот эффект следует учитывать при разработке АО приборов.4. Акустический снос меняет вид передаточных функций АО взаимодействия,что приводит к изменению интегральной эффективности дифракции и структурыдифрагированного пучка.5. При анизотропной дифракции света в акустическом поле, создаваемомантифазной фазированной решеткой пьезопреобразователей, существенно меняютсязакономерности АО эффекта.

Определенным подбором параметров можно получитьодновременную дифракцию обеих оптических мод кристалла в один дифракционныйпорядок, что открывает новые возможности для создания АО устройств управления7неполяризованным излучением.Апробация работыРезультаты выполненных исследований были представлены на следующихмеждународных и отечественных конференциях:International Conference "3rd Integrated Optics – Sensors, Sensing Structures andMethods" (Korbielow, Poland, 2009); 12th International Conference for Young Researchers"Wave Electronics and Its Applications in the Information and TelecommunicationSystems" (Saint-Petersburg, 2009); 16-й Международной научной конференции"Ломоносов" (Москва, 2009); 13-й Международной молодежной научной школе"Когерентнаяоптикаиоптическаяспектроскопия"(Казань,2009);12-йВсероссийской школе-семинаре «Волновые явления в неоднородных средах»(«Волны-2010»)(Звенигород,2010);16 Всероссийскаянаучнаяконференциястудентов-физиков и молодых ученых (ВНКСФ-16) (Волгоград, 2010); 13-йВсероссийской школе-семинаре "Физика и применение микроволн" (Звенигород,2011); 7-й Международной конференции молодых ученых и специалистов "Оптика–2011" (Санкт-Петербург, 2011); XIII Всероссийской школе-семинаре «Волновыеявления в неоднородных средах» («Волны-2012») (Звенигород, 2012); 21st AnnualStudent Conference«WeekofDoctoralStudents2012» (Prague, 2012); 5-йМеждународной конференции «Акустооптические и радиолокационные методыизмерений и обработки информации» (Суздаль, 2012); Всероссийская конференцияпо фотонике и информационной оптике, НИЯУ «МИФИ» (Москва, 2013); XVIмолодежная научная конференция «Волновая электроника и ее применение винформационных и коммуникационных системах» («WECONF-2013») (СанктПетербург, 2013); 12th School on Acousto-optics and Applications (Druskininkai,Lithuania, 2014); VIII Международная конференция «Фундаментальные проблемыоптики» «ФПО-2014» (Санкт-Петербург, 2014); Первая Всероссийская акустическаяконференция (Москва, 2014); 2015 International Congress on Ultrasound (Metz, France,2015).Результатыисследованийтакжеобсуждалисьнанаучныхсеминарахлаборатории акустооптики и кафедры физики колебаний физического факультетаМГУ.Достоверностьполученныхрезультатовопределяетсяадекватностьюиспользованных физических моделей и математических методов, выбранных для8решения поставленных задач, корректностью использованных приближений, а такжесоответствиемрезультатовтеоретическихичисленныхрасчетовиэкспериментальных данных, и не вызывает сомнений.Теоретический анализ АО эффектов проводился методами теории волн наоснове дифференциальных уравнений, которые вытекают из уравнений Максвелладлясреды,возмущеннойакустическойволной.Широкоиспользовалиськомпьютерные методы расчета.

В основе экспериментальных исследований лежаликлассические методы оптики и акустооптики.Личный вклад автораВсе результаты, вошедшие в диссертационную работу, получены либо личноавтором, либо совместно с соавторами работ, опубликованных по теме диссертации,причем вклад диссертанта был определяющим.ПубликацииПо теме диссертации опубликовано в журналах и сборниках 24 печатныеработы: 7 статей в реферируемых научных журналах, входящих в список ВАК, 7статей в трудах конференций и 10 тезисов. Перечень публикаций приведен вотдельном списке работ автора в конце автореферата.Структура и объем диссертацииДиссертация состоит из введения, пяти глав, заключения, библиографии исписка авторских публикаций.

Общий объем диссертации составляет 132 страницы,включая 43 рисунка и 4 таблицы. Библиография включает 165 наименований на 11страницах.СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫВо введении содержится обоснование актуальности темы исследований,сформулированы предмет исследования и цели диссертационной работы, приводитсякраткое содержание работы, отмечается научная новизна и практическая значимостьпроведённых исследований, формулируются основные положения, выносимые назащиту, приводятся сведения об апробации результатов работы. Также во введенииприведен обзор работ, посвященных статическим наклонным дифракционнымрешеткам.9Первая глава диссертации состоит их двух частей.

Первая часть целиком носит обзорный характер и содержит необходимые для последующего изложения общие сведения изтеории АО взаимодействия в изотропных и анизотропных средах: получение классических уравнений РаманаНата, общие сведения о фотоупругомэффектеРис. 1. Постановка дифракционной задачи.игеометрииАОвзаимодействия.Вторая часть является оригинальной и посвящена рассмотрению задачидифракции плоской световой волны с волновым векторомk0на фазовойдифракционной решетке конечной толщины l, штрихи которой наклонены на угол по отношению к перпендикуляру к границам столба.

Задача в данной постановкеверна как для АО взаимодействия, так и для рассмотрения дифракции света натолстослойной голографической решетке. В случае рассмотрения АО взаимодействияволновой вектор звука K оказывается наклоненным на угол  по отношению кграницам акустического поля.

Дифракционный спектр описывается плоскимиволнами в различных дифракционных порядках с волновыми векторами k p ,распространяющиеся под углами  p . Также для рассмотрения АО задач оказалосьнеобходимым ввести понятие знака сноса акустической энергии: если акустическаяэнергия сносится вправо, то   0 , если же влево –   0 .Наосноверешенияволновогоуравнениядлясреды,возмущеннойакустической волной, строго получены модифицированные уравнения Рамана-Ната,описывающие дифракцию света на наклонном акустическом пучке, параметрыкоторых – коэффициенты АО связи (  p или q p ) и фазовой расстройки ( R p или  p ) –определяются соотношениями, зависящими от угла сноса  :p*2nlp  q p l , cos  p    cos  p   10(1)Rp   pl 22 ff l n p cos  p    sin   n 2p 1   n p sin  p    cos    , VV (2)где n – амплитуда изменения показателя преломления под действием ультразвука,n p – показатель преломления для световой волны в p-м дифракционном порядке,  –длина волны света, f и V – частота и скорость ультразвука, l – длина АОвзаимодействия,  p   p   – углы, отсчитываемые от фронта акустической волны.Уравнения корректно описывают как изотропную, так и анизотропнуюдифракцию света в кристаллах и дают возможность рассчитать все характеристикидифракционного спектра в раман-натовском, брэгговском и промежуточном режимахАО взаимодействия.

Показано, что снос акустического пучка не меняет условие АОфазового синхронизма, но изменяет диапазон АО взаимодействия. Строго показано,что параметр фазовой расстройки R p можно представить в виде вектора R p , длинакоторого совпадает с R p , а направление перпендикулярно границам акустическогостолба. При помощи данного вектора можно построить замкнутую диаграммуволновых векторов звука, падающего и дифрагирующего света и качественно описатьособенностидифракционногоспектра.Дляточныхколичественныхоценокнеобходимо производить расчет при помощи модифицированных уравнений РаманаНата с параметрами (1)-(2).Для количественного описания влияния сноса акустической энергии введеныкоэффициенты уширения частотного ( B f ) и углового ( B ) диапазонов АОвзаимодействия:Bf f ,f 0B  , 0(3)где f  и   – частотный и угловой диапазоны АО взаимодействия, рассчитанные сучетом угла сноса акустической энергии , а f 0 и  0 – диапазоны, рассчитанныебез его учета, т.е.

при   0 .Для варианта изотропной дифракции в режиме Брэгга получено аналитическоерешение для частотных и угловых характеристик АО взаимодействия. Показано, чтов брэгговском режиме дифракции коэффициенты уширения зависят от угла сноса по закону B f  B  cos  и, следовательно, имеет место только сужение диапазоноввзаимодействия из-за сноса акустического пучка.11При рассмотрении анизотропной дифракции Брэгга получение аналитическогорешения задачи связано с большими трудностями.

Для решения АО задач воптически анизотропной среде был разработан специализированный программныйкомплекс, включающий несколько подпрограмм. На первом шаге решаласьакустическая задача. Для выбранного кристалла рассчитывались скорости всех трехакустических мод, распространяющихся в произвольных направлениях в кристалле.Находились также их поляризации, углы сноса и компоненты тензора деформации.На следующем шаге задавалась ориентация плоскости АО взаимодействия в системекристаллографических осей. Это делалось при помощи указания направлений двухвекторов: акустического вектора K и начального вектора падающего света k 0 .Проходящая через них плоскость и являлась плоскостью АО взаимодействия.

Дляэтой плоскости рассчитывались четыре кривые частотной зависимости углов Брэгга,соответствующие дифракции e-волны в +1-й (ветвь +1e) и –1-й (ветвь –1e) порядки, атакже дифракции o-волны в +1-й (ветвь +1o) и –1-й (ветвь –1o) порядки. Расчетпроводился для брэгговской дифракции как наиболее интересной с практическойточки зрения. Для каждой из кривых частотной зависимости угла Брэггаопределялись области взаимодействия по спаду эффективности дифракции  доуровня 3 дБ. Сечения этих областей 0  при f  const и  f  при 0   B  const(угол падения равен углу Брэгга) представляли собой соответственно угловые ичастотные характеристики. Отметим, что при анизотропной дифракции o-волнырасчет значительно усложняется в силу зависимости показателя преломления длядифрагированного света от его направления.Во второй главе диссертационной работы рассмотрено влияние сносаакустическойэнергиинахарактеристикиАОвзаимодействиявкристаллепарателлурита.

Выбор этого кристалла обусловлен тем, что в настоящее время онявляется основным материалом для изготовления АО приборов видимого и ИКдиапазонов спектра. Для анализа была выбрана плоскость взаимодействия 1 1 0 ,широко используемая в приборах, и различные углы среза кристалла 5°, 10.5° и 15°.Углы сноса для данных срезов являются отрицательными и равны соответственно 40.5 , –54.6° и  57.2 . Расчеты проведены для всех четырех ветвей анизотропногоАО взаимодействия в широком диапазоне углов Брэгга  B  60  60 и частотультразвука f  0  300 МГц на длине волны света   0.63 мкм.12Для выбранных срезов проведен расчет частотных и угловых диапазонов АОвзаимодействия с учетом сноса акустической энергии ( f  и   ), а также без егоучета ( f 0 и  0 ). Экспериментальная проверка результатов теоретического анализавыполнена для среза 10.5°.Схемаэкспериментальнойустановки показана на рис.

2. Сигнал напьезопреобразовательпоступалотгенератора сигналов Г3-119А. При работевимпульсномрежимедлязапускаиспользовался генератор импульсов Г5-54,который также синхронизировал запускразверткиосциллографапоступленияимпульсасонавременемпреобразо-ватель. Падающий световой пучок отгелий-неонового лазера дифрагировал вРис. 2. Схема экспериментальной установки.АО ячейке, создавая на выходе два пучка: нулевой порядок дифракции и пучок +1-гоили –1-го порядка дифракции в зависимости от угловой настройки ячейки. В качествефотоприемника использовался pin-диод с трансимпедансным усилителем.В эксперименте использовалась АО ячейка с пьезопреобразователем шириной1.2 см, возбуждавшим медленную акустическую моду в плоскости 1 1 0 под углом10.5° к направлению [110] в кристалле парателлурита (скорость V  0.716  105 см/с,угол сноса   54.6 ).

Характеристики

Список файлов диссертации