Автореферат (1104315)

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

Текст из файла

На правах рукописиНикитин Павел АлексеевичОСОБЕННОСТИ АКУСТООПТИЧЕСКОГОВЗАИМОДЕЙСТВИЯ В ТЕРАГЕРЦЕВОМДИАПАЗОНЕСпециальность 01.04.03 —«радиофизика»Авторефератдиссертации на соискание учёной степеникандидата физико-математических наукМосква — 2017Работа выполнена в федеральном государственном бюджетном образова­тельном учреждении высшего образования «Московский государственныйуниверситет имени М.В.Ломоносова».Научный руководитель:Волошинов Виталий Борисовичк.ф.-м.н., доцент кафедры физики колебанийфизического факультета Московского госу­дарственного университета им.

М.В. Ломоно­соваОфициальные оппоненты:Котов Владимир Михайлович,д.ф.-м.н., ведущий научный сотрудник лабо­ратории быстропротекающих оптических яв­лений в твердотельных структурах Фрязин­ского филиала Института радиотехники иэлектроники им. В.А. Котельникова РАНПерчик Алексей Вячеславович,к.т.н., доцент кафедры РЛ-2 Московскогогосударственного технического университетаим. Н.Э. БауманаВедущая организация:Федеральное государственное бюджетноеучреждение науки «Институт общей физикиим. А.М. Прохорова Российской академиинаук»Защита состоится « »2017 года вчасовминут на засе­дании диссертационного совета Д 501.001.67 при Московском государствен­ном университете имени М.В.Ломоносова по адресу: 119991, Москва, Ле­нинские горы, 1, стр.

2, физический факультет, центральная физическаяаудитория им. Р.В. Хохлова.С диссертацией можно ознакомиться в Научной библиотеке Московскогогосударственного университета им. М.В.Ломоносова и на сайте физическо­го факультета на странице диссертационного совета Д 501.001.67http://www.phys.msu.ru/rus/research/disser/sovet-D501-001-67/Автореферат разослан «Ученый секретарьдиссертационного советаД 501.001.67,к.ф.-м.н., доцент»2017 года.Королёв Анатолий ФёдоровичОбщая характеристика работыАктуальность темы исследованияАкустооптическое (АО) взаимодействие широко применяется дляуправления такими параметрами электромагнитного излучения, как на­правление распространения, интенсивность, поляризация, частота и фаза.Благодаря простоте управления, компактности, малой потребляемой мощ­ности и высокому быстродействию АО устройства используются в спек­троскопии, оптической связи, системах обработки изображений, лазернойтехнике для модуляции, фильтрации и управляемого отклонения световыхпучков [1–4].

К настоящему времени разработаны АО устройства, эффек­тивно работающие на длинах волн не более 10-20 мкм [5]. Использованиеподобных устройств в терагерцевом (ТГц) диапазоне сопряжено с труд­ностями, поскольку эффективность АО взаимодействия обратно пропор­циональна квадрату длины волны электромагнитного излучения.

На сего­дняшний день большинство АО приборов создаётся на основе кристалловпарателлурита (TeO2 ) [6]. Однако практически все используемые в АОмонокристаллические среды, а также жидкости, характеризуются в ТГцдиапазоне большим коэффициентом поглощения электромагнитного излу­чения. Обзор литературных данных показал, что наиболее прозрачнымив ТГц диапазоне средами являются полупроводники и неполярные жид­кости [7, 8]. Проведённый в работе анализ показывает, что использованиеТГц излучения позволит наблюдать трудно реализуемые в видимом диа­пазоне эффекты, такие как брэгговское отражение, полуколлинеарная ди­фракция, высокочастотное широкоапертурное взаимодействие и т.д. [9,10].Таким образом, изучение АО взаимодействия в ТГц диапазоне с цельюсоздания эффективных электронно управляемых АО устройств являетсяодним из перспективных направлений исследований.Одним из важных параметров, характеризующим эффективность АОвзаимодействия, является коэффициент АО качества 2 [9].

Он определя­ется лишь материальными параметрами среды и является принципиальноанизотропным [11–15]. Поэтому актуальной представляется задача поискаусловий, при которых АО качество максимально.Поскольку в ТГц диапазоне многие среды слабо прозрачны, то необ­ходимо учесть наличие поглощения электромагнитного излучения в среде.Отметим, что подобный математический аппарат разработан и использо­вался во многих работах, посвящённых дифракции электромагнитного из­лучения на голографических решётках [16–20]. Поскольку голографиче­ская решётка является стационарной структурой, то использованные тео­рии не позволяют оценить некоторые эффекты, наблюдаемые при АО вза­имодействии (например, доплеровский сдвиг частоты дифрагированного3излучения, затухание акустической волны и её расходимость, неоднород­ность звукового поля и др.).

Таким образом, в настоящее время остаётсяактуальной задача об одновременном учёте влияния поглощения электро­магнитного излучения и структуры акустического поля на характеристикиАО взаимодействия в приложении к ТГц и микроволновому диапазонамэлектромагнитного спектра.Степень разработанности проблемыКоличество работ, посвящённых АО взаимодействию в дальнем ИК,ТГц и субмиллиметровом диапазонах, чрезвычайно мало, несмотря на ис­ключительно большой интерес исследователей к данным спектральныминтервалам электромагнитного излучения [21–24].

В работе [21] описанырезультаты экспериментов по наблюдению дифракции субмиллиметрово­го излучения на волнах электронной концентрации в антимониде индия(n-InSb). В работе [22] было предложено использовать АО ячейку, изго­товленную из TPX пластика, для калибровки установки, использующейизлучение с длиной волны = 447 мкм.Важным с практической точки зрения является изучение АО дифрак­ции ТГц излучения ( = 119 мкм) на продольной акустической волне вмонокристалле германия, распространяющейся в направлении кристалло­графической оси [100] [23].

Эффективность дифракции достигала 1.5%,а угол разведения лучей составлял 7∘ . Столь высокие значения эффек­тивности дифракции были достигнуты благодаря использованию стоячейакустической волны. Недостатком подобного режима является то, что онреализуется лишь на отдельных фиксированных частотах звука .В работе [24] проведено исследование АО дифракции излучения сдлиной волны = 119 мкм на ультразвуке с мощностью порядка a =150 Вт. При использовании TPX пластика, полиэтилена и германия вели­чина отношения интенсивностей дифрагированного и падающего на АО(*)ячейку излучения составила 1 /0 = 0.07%. Кроме этого, АО дифракция(*)была реализована в неполярных жидкостях.

Величина 1 /0 в тетрахлор­метане и циклогексане достигала значения 0.5%.Математический аппарат, описывающей дифракцию электромагнит­ного излучения на голографической решётке, может быть модифицировандля корректного описания АО взаимодействия. Аргументом в пользу этогоможет служить тот факт, что голографическая решётка и периодическаяструктура, создаваемая акустическим полем, являются фазовыми объекта­ми и, как следствие, описываются схожими уравнениями. В известных ра­ботах [16–20] вводятся допущения, существенно ограничивающие областьприменения полученных соотношений.

К сожалению, известные теории непозволяют объяснить эффекты, связанные с поляризацией излучения, атакже с затуханием акустической волны. В работе [25] рассмотрена ди­4фракция пучка электромагнитного излучения на произвольном акустиче­ском поле лишь в оптически анизотропной прозрачной среде.Для простых сингоний предложен ряд методов анализа анизотропииАО качества 2 . При анализе в [11–13] рассматривался поворот тензо­ра фотоупругости ˆ. Однако, как показано в работе [14], данный методможет быть использован, например, для описания продольного пьезоэлек­трического эффекта, но не для акустооптического. Авторами предложенболее строгий метод анализа [15]. Указанный метод имеет существенныйнедостаток – он не учитывает направление волнового вектора и поляриза­цию дифрагированной электромагнитной волны.

Расчёты, основанные наперечисленных методах, позволяют в неявном виде получить значение АОкачества как функцию многих переменных. Поэтому ни один из них непозволяет напрямую определить оптимальные параметры АО взаимодей­ствия, при которых 2 достигает своего максимального значения.Цель и задачи диссертационной работыЦель диссертационной работы состояла в теоретическом и экспери­ментальном исследовании особенностей АО взаимодействия в ТГц диапа­зоне. Особое внимание уделено выявлению новых закономерностей, а так­же созданию прототипов АО устройств, реализующих управляемое откло­нение и модуляцию пучка ТГц излучения.

Для достижения указанной целив диссертационной работе были поставлены и решены следующие задачи:1. Разработка метода расчёта максимального значения коэффициентаАО качества монокристаллов кубической сингонии, прозрачных в ТГц диа­пазоне.2. Построение модели, описывающей АО дифракцию электромагнитно­го излучения в произвольном акустическом поле в оптически изотропнойсреде и учитывающей влияние поглощения электромагнитного излучения.3.

Численное моделирование брэгговского АО взаимодействия в куби­ческих кристаллах. Детальное рассмотрение коллинеарной и квазиортого­нальной геометрии АО взаимодействия с учётом затухания акустическойволны и поглощения электромагнитного излучения.4. Экспериментальное исследование АО дифракции ТГц излучения вмонокристаллах кубической сингонии, а также в неполярных жидкостях.Создание прототипа АО устройства для управляемого отклонения и моду­ляции пучка ТГц излучения.5.

Первая экспериментальная реализация АО взаимодействия в ТГцдиапазоне с использованием пучка электромагнитного излучения с орби­тальным угловым моментом (“закрученный” пучок).Научная новизна диссертационной работы1. Предложена методика расчёта максимального значения коэффици­ента АО качества кубических монокристаллов, позволяющая определять5оптимальную геометрию АО дифракции и параметры взаимодействующихволн.2. Разработана математическая модель АО дифракции в оптически изо­тропной среде, учитывающая не только затухание акустической волны, нои поглощение ТГц излучения в среде.3. Получено аналитическое решение задачи АО взаимодействия для ква­зиортогональной, прямой и обратной коллинеарной дифракции при соблю­дении и нарушении условия брэгговского синхронизма.4. Предсказан невзаимный эффект в случае обратной коллинеарной АОдифракции ТГц излучения, обусловленный различными условиями взаимо­действия из-за поглощения электромагнитной и акустической энергии.5.

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.

Список файлов диссертации