Автореферат (1104315), страница 3
Текст из файла (страница 3)
+2Таким образом, установлено, что при квазиортогональной и прямойколлинеарной дифракции поглощение излучения не влияет на полосу АОвзаимодействия, однако приводит к тому, что интенсивность дифрагированного излучения максимальна при некоторой оптимальной длине взаимодействия. Показано, что при дифракции на затухающей звуковой волнеполоса АО взаимодействия будет больше, а оптимальная длина – наоборот,меньше.12При обратной коллинеарной АО дифракции падающий на звуковую решётку и дифрагированные пучки электромагнитного излучениераспространяются в противоположных направлениях. Для этого режимаАО взаимодействия аналитические выражения для 1 , ∆ и opt имеютвид:⃗1)s ' 1, ⃗0 ↑↑ :]︃2[︃+ 12 (2 )+ 21 (1 ) − + 21 (1 )+ 12 (2 )1,a) ≤ : 1 =2− 12 (2 )+ 12 (1 ) + + 21 (1 )−+ 21 (2 )[︃]︃2−− 12 (2 )+ 12 (1 ) − −− 12 (1 )+ 12 (2 )1б) > : 1 =,2−− 12 (1 )−+ 12 (2 ) + −+ 12 (2 )+ 21 (1 )⎯]︃2⎸(︂)︂4 [︃(︂)︂2⎸0.28 24⎷opt2= ∞, ∆ =+++ 1.1 ,2где введены следующие обозначения:(︂)︂11,1 =exp − ,=22 =1,а () и () – модифицированные функции Бесселя первого и второгорода соответственно.⃗2)s ' 1, ⃗0 ↑↓ :[︃]︃2− 12 (2 )−+ 12 (1 ) − − 12 (1 )−+ 12 (2 )1 =,− 12 (2 )+ 12 (1 ) + + 12 (1 )−+ 12 (2 )⎯]︃2⎸(︂(︂)︂)︂4 [︃(︂)︂⎸2 210.284⎷ opt =ln, ∆ =−++ 1.12 ./2 − 22Аналогично были рассмотрены варианты дифракции и получены аналитические выражения для интенсивности дифрагированного излучения и⃗ и ⃗ ↑↓ .⃗ Приполосы АО взаимодействия при условии ≪ 1 для ⃗ ↑↑ ведённые выражения для оптимальной длины opt АО взаимодействиясправедливы при малой эффективности дифракции 1 ≪ 1.
Расчёт показал, что в области ≥ 3, ≥ 0.06 относительная погрешность составляетменее 5%. Для случая, когда неравенство 1 ≪ 1 нарушается, было выполнено численное моделирование и построены зависимости opt (, ).Установлено, что относительная погрешность при использовании формулдля полосы АО взаимодействия составляет не более 6%.Таким образом, доказано, что в режиме обратной коллинеарной дифракции при повороте АО ячейки на 180∘ относительно падающего излучения полоса АО взаимодействия и интенсивность дифрагированного13излучения изменяются. Установлено, что этот невзаимный эффект проявляется только, когда нельзя пренебречь поглощением излучения и затуханием звука. Проведённый анализ показал, что при малой эффективностиАО взаимодействия выражения для интенсивности 1 и полосы ∆ при⃗ зависят от комбинации параметров ( − /2), в то времяусловии ⃗0 ↑↓ ⃗ – от комбинации ( + /2).как при условии ⃗0 ↑↑ В главе 3 сформулированы критерии к материалу АО ячейки.
Показано, что наиболее пригодными средами являются полупроводники инеполярные жидкости. Для наблюдения обратной коллинеарной дифракции в ТГц диапазоне, в качестве материала АО ячейки был выбран монокристаллический германий, как относительно прозрачный, обладающийвысоким значением коэффициента АО качества и хорошо изученный в ИКдиапазоне. Расчёт показал, что интенсивность дифрагированного излучения должна составлять одну сотую процента от интенсивности падающегоизлучения, при этом при повороте АО ячейки на 180∘ эффективность дифракции должна измениться на 10%.Предложена и опробована экспериментальная установка для реализации обратной коллинеарной АО дифракции (см.
рис. 4). В силу малостиэффективности дифракции в работе использовалось мощное монохроматическое ТГц излучение новосибирского лазера на свободных электронах1. В качестве приёмника ТГц излучения использовался оптоакустическийпреобразователь (ячейка Голея), требующий амплитудной модуляции излучения с частотой 10–15 Гц. Приёмник 9 регистрировал малую часть ТГцпучка, модулированную механическим прерывателем 8, и использовалсядля контроля интенсивности. ТГц пучок ограничивался диафрагмой 3 ипадал на АО ячейку 5, положение которой контролировалось с помощьювидимого излучения лазера 7, соосного с ТГц пучком. Дифрагированное излучение, распространяющееся навстречу падающему, выделялось с использованием делительной пластины 4.
Сигнал регистрировался приёмником10, положение которого определялось с помощью лазера 7. Для модуляциидифрагированного излучения на АО ячейку подавался электрический сигнал с высокочастотного генератора, работающего в импульсном режиме,а выделение сигнала с ячейки Голея осуществлялось за счёт синхронногодетектирования. При выполнении цикла данных экспериментов дифрагированное излучение зарегистрировать не удалось даже при использовании20 Вт усилителя электрического сигнала. Одной из предполагаемых причин этого является узкая полоса АО взаимодействия, которая на порядокменьше ширины линии ТГц излучения. Другой возможной причиной являются шумы рассеянного излучения, а также предел чувствительностиприёмника.Впервые выполнена систематизация свойств жидкостей в ТГц диапазоне.
Показано, что для реализации обратной коллинеарной дифракциинаиболее пригодным является гексан. Установлено, что ожидаемая эффек14Рис. 4 — Схема установки для наблюдения обратной коллинеарнойдифракции: 1 – лазер на свободных электронах; 2,4 – делительнаяплатина; 3,6 – диафрагма; 5 – АО ячейка; 7 – лазер ( = 632 нм); 8 –механический прерыватель; 9,10 – приёмник излучениятивность дифракции при его использовании на порядок больше, чем в германии. Для эксперимента была изготовлена АО ячейка, представляющаясобой кювету из нержавеющей стали.
В устройстве для возбуждения звукапьезопреобразователь находился в акустическом контакте с кварцевым буфером. Калибровка АО ячейки проводилась с использованием излучениягелий-неонового лазера с длиной волны 632 нм. Эксперимент показал, чтоэффективность дифракции на порядок меньше ожидаемой величины. Данный результат, вероятно, связан с несовершенством цепи электрическогосогласования, а также с акустическими потерями в склейке пьезопреобразователя и кварцевого буфера. Поэтому эксперимент в ТГц диапазоне недал ожидаемого результата. Причиной этому, по-видимому, явилось то, чток сложности юстировки добавилась неудовлетворительная работа устройства для возбуждения звука.
С другой стороны, в режиме поперечной дифракции в ТГц диапазоне важные данные удалось получить.Описаны результаты экспериментального исследования квазиортогонального АО взаимодействия в ТГц диапазоне. В этом режиме дифрагированное и прошедшее излучение пространственно разделяется, что позволило использовать в установке меньшее число оптических элементов (см.рис. 5).
Приведены впервые экспериментально измеренные зависимости угла Брэгга от частоты в монокристаллическом германии в ТГц диапазоне(см. рис. 6). Точки на графике соответствуют максимальной эффективности дифракции, а треугольники – уменьшению интенсивности в 2 раза,пунктирная кривая – теоретическая зависимость, построенная на основании литературных данных. Таким образом, в ТГц диапазоне была впервыеопределена угловая и частотная полоса АО взаимодействия. В работе реализовано отклонение дифрагированного излучения на значительные углыпорядка 50 градусов. Установлено, что изготовленное АО устройство мо15жет быть использовано в качестве дефлектора ТГц излучения с числомразрешимых элементов равным 7.Рис. 5 — Схема установки для наблюдения квазиортогональнойдифракции: 1 – лазер на свободных электронах; 2 – поляризатор; 3 –диафрагма; 4 – АО ячейка; 5 – приёмник излучения; 6 – генераторимпульсов; 7 – высокочастотный генератор; 8 – синхронный детектор; 9 –персональный компьютерРис.
6 — Зависимости угла Брэгга от частоты ультразвукаТакже в работе приведены результаты цикла исследований с использованием ряда неполярных жидкостей. Достигнутая эффективность дифракции составляла около сотой доли процента. Экспериментально установлено, что в ТГц диапазоне циклогексан, гексан, гексадекан и уайтспирит имеют примерно одинаковое значение коэффициента АО качества2 = (170 ± 30) · 10−15 с3 /кг. Найденное значение АО качества тетрахлорметана 2 = (270 ± 20) · 10−15 с3 /кг оказалось в несколько раз больше,что в пределах ошибки совпало с теоретическим расчётом. В тоже время, АО качество керосина 2 = (5.4 ± 0.3) · 10−15 с3 /кг оказалось на два16порядка меньше ожидаемой величины, что, вероятно, связано с большимколичеством примесей. Установлено, наибольшая эффективность дифракции наблюдается в циклогексане, как наиболее прозрачной жидкости.Впервые выполнены эксперименты по наблюдению АО дифракции“закрученного” ТГц излучения с напряжённостью электромагнитного по⃗ ∝ exp(), имеющего орбитальный угловой момент .
Впервые проля ведённое экспериментальное исследование с использованием неполярныхжидкостей показало, что эффективности дифракции закрученных пучковТГц излучения с = ±1 и = ±2 совпадают в пределах ошибки эксперимента с эффективностью дифракции излучения с нулевым орбитальнымугловым моментом = 0. Впервые реализованы углы отклонения закрученного излучения на десятки градусов за счёт использования относительнонизких частот ультразвука ( = 3 МГц).Основные результаты и выводы1.
Рассмотрена акустооптическая дифракция в оптически изотропныхсредах. Показано, что глобальные экстремумы коэффициента акустооптического качества наблюдаются, когда подающее и дифрагированное излучение поляризовано вдоль одной из полуосей индикатрисы, возмущённойакустической волной. Определены условия, при которых коэффициент акустооптического качества максимален для квазиортогональной и коллинеарной геометрий взаимодействия.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
