Диссертация (1104299)
Текст из файла
МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТИМЕНИ М.В. ЛОМОНОСОВАФизический факультетКафедра физики колебанийУДК 535.241На правах рукописиВОЛОШИН АНДРЕЙ СЕРГЕЕВИЧОСОБЕННОСТИ АКУСТООПТИЧЕСКОГО ВЗАИМОДЕЙСТВИЯВ КРИСТАЛЛАХ С СИЛЬНОЙ АКУСТИЧЕСКОЙАНИЗОТРОПИЕЙСпециальность: 01.04.03 – радиофизикаДиссертацияна соискание ученой степеникандидата физико-математических наукНаучный руководительдоктор физ.-мат.
наук, профессорВ.И. БалакшийМосква, 2016 г.2ОГЛАВЛЕНИЕВВЕДЕНИЕ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .4Глава 1. Модифицированные уравнения Рамана-Ната . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .141.1. Основные закономерности акустооптического эффекта в твердых телах .141.1.1. Дифракция Рамана-Ната и Брэгга. . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .141.1.2. Уравнения связанных мод. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .171.1.3. Фотоупругий эффект. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .191.1.4. Геометрия акустооптического рассеяния. .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .201.2. Дифракция света на наклонной фазовой решетке . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .231.2.1. Постановка задачи . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .231.2.2. Вывод уравнений связанных мод . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . .241.2.3. Брэгговская дифракция в анизотропной среде . . . . . . . . . . . . . . . . . .261.2.4. Изотропная дифракция в акустически анизотропной среде. . . . . . .281.2.5. Анизотропная дифракция в акустически анизотропной среде. . . . .29Основные результаты Главы 1 . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . . . .31Глава 2. Влияние сноса акустического пучка на характеристикиакустооптического взаимодействия в кристалле парателлурита. . . . . . . . . . . . . .322.1. Акустические волны в кристаллах . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .322.2. Частотные зависимости угла Брэгга. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .362.3. Диапазон акустооптического взаимодействия . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . .412.3.1. Частотные характеристики. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .412.3.2. Угловые характеристики. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .462.3.3. Экспериментальное исследование диапазонов акустооптическоговзаимодействия. . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . . . . .502.4. Коэффициенты уширения. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .522.5. Влияние знака угла сноса на характеристики акустооптическоговзаимодействия. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .Основные результаты Главы 2 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .5861Глава 3. Особенности акустооптического взаимодействия вкристалле теллура . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
.623.1. Физические свойства кристалла теллура. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .623.2. Акустические волны в кристалле. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .633.3. Акустооптический эффект в кристалле теллура. . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . .7033.4. Диапазоны акустооптического взаимодействия в кристалле теллура. . . . .733.5. Влияние знака угла сноса акустической энергии. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .75Основные результаты Главы 3 . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .78Глава 4. Акустооптическая дифракцияограниченного светового пучка. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . .794.1. Передаточные функции акустооптической ячейки . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . .794.2. Влияние акустического сноса на передаточные функции . . . . . . . . . . . . . .814.3. Интегральная эффективность дифракции . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .85Основные результаты Главы 4 . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .88Глава 5. Акустооптическое взаимодействие в периодическинеоднородном акустическом поле. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .895.1. Акустооптические ячейки с фазированной решеткой преобразователей. .905.2. Теоретическое рассмотрение. . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .935.3. Угловые характеристики акустооптического взаимодействия. . . . . . . . . . .975.4. Области акустооптического взаимодействия в ячейках с ФРП. . . . . . . . . .995.5. Дифракция неполяризованного света в кристалле парателлурита. . . . . . . .1045.6. Дифракция неполяризованного света в кристалле ниобата лития. . . . . . . .109Основные результаты Главы 5 . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .115ЗАКЛЮЧЕНИЕ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .116Литература . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .118Список авторских публикаций . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .1294ВВЕДЕНИЕОбщая характеристика научного направления и его актуальностьВ настоящее время акустооптические (АО) методы управления оптическимизлучением широко применяются в различных областях науки и техники. АО эффектпозволяет менять любые параметры световой волны: амплитуду, частоту, фазу,поляризацию и направление распространения. Такие АО приборы, как модуляторы,дефлекторы и фильтры отличаются высоким быстродействием, низкой управляющеймощностью, простотой конструкции и высокой надежностью [1-13].
Эти достоинстваобеспечили их широкое применение не только в лазерной физике, но также визмерительной технике, экологии, медицине, военном деле и т.д.В современной акустооптике при изготовлении АО приборов в качестве среды АОвзаимодействия используются преимущественно кристаллы, среди которых особое местозанимают такие материалы, как парателлурит (ТеО2), теллур (Те), каломель (Hg2Cl2),бромид ртути (Hg2Br2), TAS (Tl3AsSe3), ниобат лития (LiNbO3) и др., отличающиесясильной анизотропией оптических и акустических свойств [3,14-21].
Оптическаяанизотропия определяет условие АО фазового синхронизма и, следовательно, геометриюАО взаимодействия и зависимость угла Брэгга от частоты ультразвука как одну изосновных характеристик эффекта дифракции света на акустических волнах. Эти вопросыдетально рассмотрены в монографиях и многочисленных статьях [2-6]. Что касаетсявлияния акустической анизотропии на характеристики АО взаимодействия, то этапроблема до последнего времени оставалась вне поля зрения исследователей. Возможно,причина заключается в сложностях расчета АО эффекта с учетом реальной структурыакустических пучков в анизотропных средах.Акустическая анизотропия дает два основных эффекта. Во-первых, меняетсяструктура акустического пучка [22-28].
Например, в парателлурите в направлении [110]расходимость пучка по потоку энергии в 52 раза превышает дифракционнуюрасходимость, вследствие чего дальняя дифракционная зона пучка оказываетсяфактически в пределах кристалла. Однако в том же кристалле есть направления, вкоторыхдифракционнаярасходимостьпрактическиполностьюкомпенсируетсяакустической анизотропией [29-31]. Вторым эффектом, который тоже обусловленакустической анизотропией, является снос энергии в акустическом пучке [32,33].Например, в парателлурите угол сноса достигает 74°, а в теллуре – 49°. Снос пучка неменяет условие АО фазового синхронизма; может быть, поэтому на него не обращаливнимание ранее при изучении явления дифракции света на ультразвуке.
Лишь в последнее5время появились работы, посвященные изучению влияния акустического сноса нахарактеристики АО дифракции [34-36]. Именно к этому направлению исследованийотносится данная диссертационная работа.Следует отметить, что проблема дифракции света на акустическом пучке со сносомблизка к задаче дифракции света на наклонной (косой) дифракционной решетке,создаваемойголографическимметодомвтолстослойнойфотоэмульсиииливфоторефрактивном кристалле.
В настоящее время область применения статическихбрэгговских решеток очень широка. Они используются в качестве брэгговских зеркал вполупроводниковых лазерах, при спектральном уплотнении каналов в ВОЛС, вгиперспектральных видео-фильтрах, для голографического хранения информации и т.д.[37-43].
Поэтому неудивительным является большое количество посвященных импубликаций.Впервые задача дифракции света на косых решетках была рассмотрена в работе[37]. В классической работе Когельника [44] исследована дифракция света на объемнойголографической синусоидальной наклонной решетке, созданной в изотропной среде, ивыведены уравнения связанных волн, в том числе, и для случая брэгговского режима сдвумя дифракционными максимумами. В дальнейшем эта проблема получила развитие вомногих работах и монографиях [45-64]. При расчете дифракционного спектраиспользовались различные методы: метод связанных волн, модальное приближение(блоховские моды), матричный метод, лучевое приближение, метод возмущений и др. Ноосновным до сих пор остается метод связанных волн благодаря своей наглядности ивозможностям его модификации к конкретным ситуациям [45-51].
Параллельно с этимметодом развивались и другие, например, в работе [52] описан подход к решению задач наобъемной дифракционной решетке за счет лучевого приближения. В [53] использованметод конечных элементов (FEM) для решения задач рассеяния света на дифракционныхобъектах. В работах [54-57] изучено рассеяние ограниченных световых пучков наограниченных в двух измерениях решетках при помощи различных методов: разложениясветового пучка на плоские волны и взаимодействие его с ограниченной решеткой, методграничных элементов.Анизотропная дифракция света, при которой происходит смена поляризациисветового излучения, в литературе, посвященной объемным голографическим решеткам,практически не изучалась.
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}
