Распространение и отражение объемных упругих волн в акустооптических кристаллах (1104605)

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

Текст из файла

МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТим. М.В.ЛОМОНОСОВА____________________________________________________________________На правах рукописиУДК 535.241: 539.2ПОЛИКАРПОВАНаталия ВячеславовнаРАСПРОСТРАНЕНИЕ И ОТРАЖЕНИЕ ОБЪЕМНЫХ УПРУГИХВОЛН В АКУСТООПТИЧЕСКИХ КРИСТАЛЛАХ01.04.03 - радиофизикаАВТОРЕФЕРАТдиссертации на соискание ученой степеникандидата физико-математических наукМосква - 2007Работа выполнена на кафедре физики колебаний физического факультетаМосковского государственного университета им. М.В. ЛомоносоваНаучный руководитель:кандидат физико-математических наук,доцент Виталий Борисович ВолошиновОфициальные оппоненты:доктор физико-математических наук,профессор Валентин Андреевич Буровдоктор физико-математических наук,рук.

лаб. Витольд Эдуардович ПожарВедущая организация:Акустический институтим. акад. Н.Н. АндрееваЗащита состоится 22 марта 2007 года в 16 часов на заседаниидиссертационного совета Д 501.001.67 в Московском государственномуниверситете им. М.В. Ломоносова по адресу: 119992, ГСП-2, г. Москва,Воробьевы горы, МГУ им. М.В.

Ломоносова, физический факультет,аудитория им. Р.В. ХохловаС диссертацией можно ознакомитьсяфакультета МГУ им. М.В. ЛомоносовавбиблиотекефизическогоАвтореферат разослан «21» февраля 2007 годаУченый секретарь диссертационногосовета Д 501.001.67кандидат физико-математических наук2А.Ф. КоролевОбщая характеристика работыАктуальность темы исследованияТема диссертационной работы относится к области радиофизики,оптоэлектроники и акустики, в частности, к области акустооптики.Известно, что уровень развития радиофизического знания является внастоящее время определяющим при оценке прогресса физической науки.Если рассматривать развитие отдельных направлений в радиофизике, томожно отметить, что успехи в области акустооптики, акустоэлектроники иоптоэлектроники в последнее время были обусловлены, например, тем, чтодля различных применений были созданы новые материалы с необычнымисвойствами.

В частности, появились новые классы материалов, таких, какфотонные кристаллы, среды с негативной рефракцией и т.д., обладающиеуникальными физическими характеристиками. Оказалось, что в этихсредах распространение и отражение электромагнитных волн можетпроисходить весьма необычным образом. Однако и в традиционныхматериалах микроэлектроники и оптоэлектроники, особенно вкристаллических средах, созданных в последние годы, могут наблюдатьсянеобычные физические эффекты. Ожидается, что такие материалы вближайшее время будут использованы в современных радиофизических иоптоэлектронных устройствах, а также в лазерной технике, оптике испектроскопии для управления параметрами электромагнитногоизлучения.Акустооптика исследует явление взаимодействия световых лучей сдифракционнымирешетками,индуцированнымиакустическимивозмущениями.

Подобное взаимодействие света и звука позволяетуправлять основными параметрами светового луча. К главнымдостоинствам акустооптических методов управления светом относятсяэффективность и быстродействие, а также широкие функциональныевозможности акустооптических устройств. Благодаря акустооптическомувзаимодействию также удается осуществить оптическую обработкуинформации, провести исследование особенностей распространенияупругих волн в кристаллах, реализовать визуализацию акустическихпучков и др.Следует отметить, что развитие акустооптики стимулировано тем,что были синтезированы кристаллы с необычными физическимисвойствами. Этими материалами были кристаллические среды с особымсочетаниемоптическихиакустическихсвойств.Кновымакустооптическим материалам можно отнести кристаллы на основетеллура и ртути, например, парателлурит (TeO2), каломель (Hg2Cl2),бромид ртути (Hg2Br2), йодид ртути (Hg2I2) и т.д.

Особенностью новых3акустооптических материалов является сильная анизотропия ихоптических и упругих свойств. При этом оказалось, что в новыхматериалах могут происходить необычные физические процессы иявления, не наблюдающиеся в изотропных и слабо анизотропных средах.Эти явления обусловлены оптической и акустической анизотропиейкристаллов, которая проявляется в зависимости фазовой скорости волн отнаправления распространения в кристалле.В двулучепреломляющих кристаллах оптическая анизотропияхарактеризуется величиной двулучепреломления Δ n = n e − n o . Внекоторых акустооптических материалах, например, в теллуре (Te),бромидертути(Hg2Br2)относительноекаломели(Hg2Cl2),двулучепреломление достигает рекордной величины Δ n / no ≈ 0.3 - 0.4 , а всульфойодиде сурьмы (SbSI) двулучепреломление Δ n / no ≈ 0.5 , в то время,каквбольшинствеизвестныхматериаловотносительноедвулучепреломление не превышает значения Δ n / no ≤ 0.1.

Применениекристаллов с большим двулучепреломлением позволяет создаватьакустооптические устройства с рекордными параметрами. Например,акустооптические фильтры, перспективные для применения в волоконнооптических линиях связи.До последнего времени в акустооптике под понятием “анизотропия”понималась лишь оптическая анизотропия материала, а анизотропияакустических свойств и связанные с ней особенности акустооптическоговзаимодействия во внимание практически не принималась.

Такой подходне является оправданным, так как во многих акустооптических материалахакустической анизотропией в силу ее значительной величиныпренебрегать нельзя. В диссертационной работе рассматриваютсяразличные явления, связанные с распространением упругих акустическихволн в кристаллических средах. Известно, что скорость распространенияупругой волны определяется упругими свойствами среды, причем,значение скорости является индивидуальной характеристикой каждоговещества.

В изотропных телах скорость не зависит от направленияраспространения, а анизотропия упругих свойств кристаллов проявляется всильной зависимости значений скоростей акустических волн отнаправлений.Известно, что скорость упругих волн в газообразной среде меньше,чем в жидкостях, а скорость акустических волн в жидкости меньше, чем втвердом теле. Оказалось, что в новых материалах акустооптики могутраспространяться упругие волны с очень низким значением фазовойскорости. Например, в кристаллах парателлурита минимальная скоростьсоставляет V = 616 м/с. В каломели фазовая скорость сравнима соскоростью звука в воздухе V = 347 м/с.

Более того, в йодиде ртути Hg2I24минимальная скорость ультразвука V = 254 м/с оказывается даже ниже,чем в воздухе. Столь малые значения фазовой скорости упругих волннаблюдаются в кристаллах только вдоль отдельных направлений, причемнебольшое изменение направления распространения волны в этих средахсопровождается резким возрастанием значения V.Очевидно, что сильная зависимость скорости от направленияраспространения означает, что упругие волны в новых материалахраспространяются с большими углами между фазовой и групповойскоростями. Анализ показывает, что угол акустического сноса междупотоками энергии и волновым вектором звука может достигать величиныψ = 700 и более.

Такая закономерность распространения упругих волн втвердом теле является весьма необычной и мало изученной.Распространение упругих волн с большими углами между фазовой игрупповой скоростями может сопровождаться рядом необычныхфизических эффектов. Например, в кристаллах возможно скользящее илинаклонное падение звука на границу раздела “кристалл–вакуум”, прикотором волна после отражения распространяется навстречу потокуэнергии падающей волны. Возможность такой ситуации, в принципе,объясняется теорией упругости анизотропных сред. Однако последниеисследования показали, что в парателлурите, каломели, а также и внекоторых других материалах подобное отражение происходит весьманеобычно и выражено чрезвычайно ярко.

Существуют и другие необычныеэффекты, изучению которых посвящена данная диссертационная работа.Можно утверждать, что проведенные в рамках данной темы теоретическиеисследования позволили предсказать существование в кристаллах новыхакустических и акустооптических эффектов. При этом рассматриваемыеэффекты, обусловленные особенностями распространения упругих волн вкристаллах, не только интересны с точки зрения фундаментальногознания, но и перспективны для использования в акустике, акустооптике икристаллофизике, например, при создании акустооптических иакустоэлектронных устройств.Цели диссертационной работыЦели диссертационной работы состояли в изучении распространенияи отражения упругих акустических волн в кристаллах, обладающихсильной анизотропией упругих свойств, а также в исследованиивозможностей применения обнаруженных эффектов в акустооптике. Вдиссертационной работе были поставлены следующие задачи:51.

Исследование закономерностей распространения плоских объемныхакустических волн в неограниченных кристаллических средах,обладающих большой анизотропией упругих свойств, и проведениесравнительного анализа характеристик таких волн в средах с различнойстепенью упругой анизотропии.2. Изучение явления отражения плоских акустических волн втетрагональных кристаллах с большой упругой анизотропией в случаескользящего падения ультразвуковой волны на плоскую свободнуюграницу раздела кристалл-вакуум.3. Исследование отражения акустических волн при наклонном паденииплоской объемной упругой волны на свободную границу разделакристалл-вакуум в кристалле парателлурита.4.

Рассмотрение возможностей применения особых режимов отраженияакустических волн в новых модификациях акустооптических иакустоэлектронных устройств, например, в перестраиваемых фильтрах.Научная новизна диссертационной работы:1. Установлены особенности распространения продольных и сдвиговыхакустических волн в новых материалах акустооптики, в которых углыакустического сноса достигают 700 и более градусов, а также впервыепроведен сравнительный анализ особенностей распространенияплоских объемных акустических волн в кристаллах с различнойстепенью анизотропии упругих свойств.

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