Диссертация (1104299), страница 2
Текст из файла (страница 2)
Даже если объектом исследований была анизотропная среда(фоторефрактивный кристалл), рассматривалась, как правило, изотропная дифракция безсмены поляризации света. В качестве исключения можно указать только статьи [58-64], ноони имеют малое отношение к акустооптике. Дело в том, что используемые в АО6приборахдифракционныерешеткиявляютсядинамическими. Меняяпараметрыакустической волны (амплитуду, частоту и фазу), можно быстро перестраивать решетку, иименно это свойство лежит в основе работы всех АО устройств. Во многих устройствах вАО ячейке возбуждаются акустические волны разных частот, поэтому важнойхарактеристикой является полоса рабочих частот f , которая определяет разрешение ибыстродействие приборов.
Помимо частотной характеристики, важно знать такжеугловую характеристику, описывающую угловую селективность АО взаимодействия, испектральную характеристику в тех случаях, когда через ячейку проходит оптическийсигнал с широким спектром. А поскольку в современной акустооптике используются восновном кристаллы, многие из которых отличаются сильной анизотропией не толькооптических, но также и акустических свойств, то изучение влияния акустическойанизотропии среды на характеристики АО взаимодействия является, несомненно,актуальной задачей.Первыми, кто обратил внимание на эту проблему, были А.С.
Задорин иС.Н. Шарангович, которые в работе [65] решали задачу АО взаимодействия ванизотропной среде с учетом сноса волновых пучков. Однако, анализа влияния сноса нахарактеристики АО дифракции представлено не было. В работе [66] В.Б. Волошинов иО.Ю. Макаров, исследуя изотропную дифракцию света в промежуточном режимедифракции, теоретически и экспериментально показали, что при нормальном падениисвета снос акустической энергии приводит к асимметрии в распределении интенсивностисвета по дифракционным максимумам.
В статьях [34,35], также для варианта изотропнойдифракции, был рассмотрен переход от режима дифракции Рамана-Ната к дифракцииБрэгга при увеличении параметра Кляйна-Кука и показано, что угловая селективность АОвзаимодействия растет быстрее при наличии сноса акустической энергии. Влияниеакустического сноса на работу АО дефлектора проанализировано в работе [36] и показано,что, несмотря на присутствие как акустической, так и оптической анизотропии, рабочаяполоса дефлектора меняется менее чем на 1%.Таким образом, несмотря на то, что задача дифракции света на наклонномакустическом столбе не может считаться абсолютно новой и, кроме того, имеет прямойаналог в оптике голографических решеток, до сих пор не было исчерпывающегоисследования, позволяющего судить о том, как снос акустического пучка меняетхарактеристики АО взаимодействия.
Именно в рамках сформулированной задачи лежатисследования данной диссертационной работы.7Цели диссертационной работыЦелью диссертационной работы являлось исследование особенностей АОвзаимодействия в кристаллах, обусловленных сильной анизотропией их оптических иупругих свойств. Основное внимание уделено рассмотрению влияния сноса акустическойэнергии на характеристики дифракционного спектра и решению АО задач в случаенаклонных акустических пучков. Для достижения указанной цели оказалось необходимымсформулировать и решить следующие задачи:1.
Получить строгое решение задачи дифракции света на дифракционной решеткеконечной толщины, штрихи которой наклонены по отношению к ее границам.2. Теоретически и экспериментально исследовать особенности дифракционногоспектра, возникающего при рассеянии световых волн на наклонных дифракционныхрешетках в режиме дифракции Брэгга, включая случаи как изотропного, так ианизотропного рассеяния.3. Численно, на примере АО кристаллов парателлурита и теллура, оценить степеньвлияния акустического сноса на угловые и частотные характеристики АО взаимодействияв зависимости от геометрии взаимодействия, частоты ультразвука, поляризациипадающего света и знака угла сноса.4. Исследовать влияние акустического сноса на передаточные функции АОвзаимодействия и интегральную эффективность дифракции для различных геометрий АОвзаимодействия.5.
Получить решение задачи анизотропной дифракции света в периодическинеоднородномакустическомполе,возбуждаемомфазированнойрешеткойпьезопреобразователей.Структура и объем диссертацииДиссертация состоит из введения, пяти глав, заключения, библиографии и спискаавторских публикаций. Общий объем диссертации составляет 132 страницы, включая 43рисунка и 4 таблицы.
Библиография включает 165 наименований на 11 страницах.Содержание диссертацииВовведениисодержитсяобоснованиеактуальноститемыисследований,сформулированы предмет исследования и цели диссертационной работы, приводитсякраткое содержание работы, отмечается научная новизна и практическая значимостьпроведённых исследований, формулируются основные положения, выносимые на защиту,приводятся сведения об апробации результатов работы.8Первая глава диссертации состоит их двух частей. Первая часть целиком носитобзорный характер и содержит необходимые для последующего изложения общиесведения из теории АО взаимодействия в изотропных и анизотропных средах:классические уравнения Рамана-Ната, общие сведения о фотоупругом эффекте и методеописания АО взаимодействия с помощью векторных диаграмм.
Вторая часть являетсяоригинальной. В ней аналитически рассмотрена задача дифракции плоской световойволны на наклонном акустическом пучке. Исходя из волнового уравнения для среды,возмущенной акустической волной, строго получены модифицированные уравненияРамана-Ната, описывающие дифракцию света на наклонном акустическом пучке.Уравнения корректно описывают как изотропную, так и анизотропную дифракцию света вкристаллах и дают возможность рассчитать все характеристики дифракционного спектра враман-натовском,брэгговскомипромежуточномрежимахдифракции.Введеныкоэффициенты уширения частотного и углового диапазонов АО взаимодействия,характеризующие влияние сноса акустического столба.
Для варианта изотропнойдифракции в режиме Брэгга получены аналитические выражения для коэффициентовуширения. Описан специализированный программный комплекс, разработанный в рамкахвыполнения диссертационной работы. Комплекс включает несколько подпрограмм длярешения задач анизотропной АО дифракции и позволяет рассчитать характеристикидифракционного спектра в среде, обладающей акустической и оптической анизотропией,в зависимости от различных параметров.Вовторойглаведиссертационнойработырассмотреновлияниесносаакустической энергии на характеристики АО взаимодействия на примере кристаллапарателлурита.
Анализ проведен для различных срезов кристалла в плоскостивзаимодействия1 1 0 .Выполнен расчет угловых и частотных характеристик АОвзаимодействия в широком диапазоне брэгговских углов и частот ультразвука для трехразличных срезов кристалла и разных поляризаций падающего света. Для оценки влиянияакустического сноса расчет проведен для двух случаев: присутствия сноса акустическойэнергии и без него.
Экспериментальная проверка результатов расчета, выполненная с АОячейкой из 10.5 -го среза кристалла парателлурита, с высокой точностью подтвердилаправильность теоретического анализа.Проанализировано поведение коэффициентовуширения частотного и углового диапазонов АО взаимодействия в зависимости отчастоты ультразвука для широкого диапазона рабочих точек.
Максимальное уширениесоставило 2 раза, а минимальное – 0.059, что соответствует сужению диапазона работы в17 раз. Показано, что коэффициенты уширения для угловых и частотных диапазоновсовпадают друг с другом, несмотря на существенное отличие угловых и частотных9характеристик.
Найдены геометрии АО взаимодействия, при которых снос акустическойэнергии не оказывает влияния на характеристики АО взаимодействия. Дано качественноеобъяснение влияние акустического сноса с помощью векторных диаграмм.В третьей главе была поставлена задача проанализировать, в первую очередь,влияние направления сноса акустической энергии на характеристики АО дифракции. Вкачестве подходящего для этой цели кристалла был выбран теллур, который, вследствиеболее низкого уровня симметрии кристаллической решетки, характеризуется большимразнообразием физических свойств. Для этого кристалла был произведен детальныйрасчетакустическиххарактеристик,рассчитаныкоэффициентыАОкачества,проанализированы частотные зависимости углов Брэгга для различных срезов кристалла,рассчитаны коэффициенты уширения для различных рабочих точек во всем выбранномдиапазоне частот ультразвука и углов Брэгга.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
