Распространение и отражение объемных упругих волн в акустооптических кристаллах (1104605), страница 2
Текст из файла (страница 2)
Показано, что большая упругаяанизотропия среды приводит к резким изменениям углов акустическогосноса энергии и ориентации вектора поляризации в зависимости отнаправления распространения акустической волны.2. Впервые проведен анализ отражения акустических волн в случаескользящего и наклонного падения упругих волн на границу разделакристалл-вакуум в сильно анизотропных тетрагональных кристаллах.Определены углы между энергетическими потоками падающей и двухотраженных волн, а также рассчитаны энергетические коэффициентыотражения. Обнаружено существование близкого к обратному и строгообратного отражения акустической волны от границы кристалла, прикотором энергия падающей волны полностью преобразуется вотраженную волну.
Показано, что с увеличением степени акустическойанизотропии уменьшается минимальный угол между потоками энергийпадающей и отраженной волн, а также растет доля энергии в обратноотраженной волне.3. Доказана возможность использования материалов с большойанизотропиейупругихсвойстввновыхмодификацияхакустооптических приборов. Показано, что новые кристаллы6перспективны для использования в перестраиваемых акустооптическихфильтрах с коллинеарным направлением распространения потоковэнергии световых и звуковых пучков, а также в акустоэлектронныхлиниях задержки. Предложены новые модификации акустооптическихи акустоэлектронных приборов, в которых акустическая анизотропиясреды позволяет улучшить их характеристики и реализовать в нихновые типы дифракции.Практическая значимость диссертационной работы:Исследованные новые физические эффекты могут бытьиспользованы в акустооптических и акустоэлектронных приборах новыхпоколений, например, вперестраиваемых квазиколлинеарныхакустооптическихфильтрахсколлинеарнымнаправлениемраспространения световых и звуковых пучков, акустических линияхзадержки, акустооптических модуляторах, дефлекторах и других приборах.Использование обратного отражения упругой волны позволяет повыситьплотность акустической мощности в отраженной акустической волне иуменьшить величину управляющей акустической и электрическоймощности в акустооптических ячейках.
Применение в новых приборахкристаллов с большой упругой анизотропией позволит улучшитьэффективность работы оптоэлектронных и акустоэлектронных систем, атакже уменьшить их габариты и стоимость.Положения, выносимые на защиту:1. В кристаллах, обладающих ярко выраженной анизотропией упругихсвойств, при скользящем, а также наклонном падении и последующемотражении плоских объемных акустических волн от границы раздела“кристалл-вакуум”можетнаблюдатьсяраспространениеэнергетического потока отраженной волны навстречу потоку падающейволны.
Причиной подобного необычного распространения волн вкристаллических соединениях теллура и ртути является анизотропияупругих свойств среды распространения.2. Коэффициент отражения энергии при распространении акустическойволны от свободной границы раздела в обратном направлении близок к100% в широком интервале углов среза и углов падения. Максимальныйкоэффициент отражения 100% наблюдается в кристаллах при углахБрюстера, а также в интервале углов, определяемом критическимиуглами. Вблизи критических углов среза предсказано резкое изменениекоэффициентов отражения волн.3. Предсказанныйизарегистрированныйвакустооптическомэксперименте эффект обратного отражения энергии акустических волнот свободной границы раздела “кристалл-вакуум” наиболее ярко7проявляется в средах, обладающих сильной анизотропией упругихсвойств.
Использование обнаруженных особенностей распространенияупругих волн в анизотропных средах позволяет создать принципиальноновые конфигурации акустооптических устройств.Апробация диссертационной работы:По результатам проведенных исследований были сделаны докладына 14 международных конференциях в России и за рубежом (Польша,Франция, Китай): Международная конференция студентов и аспирантов пофундаментальнымнаукам«Ломоносов-2002»(Москва,2002),Международная конференция “EFTF’02 - 16-th European Frequency andTime Control”(Санкт-Петербург, 2002), Международная конференция “16th International Symposium on Nonlinear Acoustics” (Москва, 2002),Международный оптический конгресс «Оптика-XXI век» (CанктПетербург, 2002), Симпозиум Европейской Акустической ассоциации,“32-nd Winter School on Molecular and Quantum Acoustics” (Szczyrk, Poland,2003), Международный конгресс по ультразвуку “5-th World Congress onUltrasonics WCU 2003” (Paris, France, 2003), Девятая Школа поАкустооптике Европейской Акустической ассоциации “9-th School onAcousto-Optics at the European Acoustic Association” (Gdansk, Poland, 2004),Международная конференция для молодых исследователей”WaveElectronics and Its Applications in the Information and TelecommunicationSystems” (Санкт-Петербург, 2004), Международный конгресс по Оптике иОптоэлектронике, “Optics and Optoelectronics-2005” (Warsaw, Poland, 2005),Международный конгресс по ультразвуку “World Congress on Ultrasonics(WCU-2005)” (Beijing, China, 2005), Зимняя школа “35-th Winter School onWave and Quantum Acoustics” (Ustron, Poland, 2006), Научная конференция“Ломоносовские чтения” (Москва, 2006), Десятая Всероссийская научнаяшкола-семинар "Волны - 2006" (Звенигород, 2006), IX Международнаяконференция для молодых исследователей “Wave Electronics and ItsApplications in Information and Telecommunication Systems, Non-DestructiveTesting, Security and Medicine” (Санкт-Петербург, 2006).По материалам диссертации были сделаны доклады в Акустическоминституте РАН им.
Н.Н.Андреева, на семинарах кафедры Акустики икафедры Физики колебаний физического факультета МГУ, а также насеминарах группы «Оптоэлектроники и оптической обработкиинформации» этой кафедры. По результатам исследований опубликовано10 статей, а также 20 тезисов докладов на конференциях.Структура и объем работыДиссертация состоит из введения, четырех глав и заключения.Общий объем работы составляет 171 страницу. Диссертация включает 658рисунков и 8 таблиц. Библиография содержит 177 наименований, в томчисле 30 авторских публикаций.Содержание работыВо введении содержится обоснование актуальности проводимыхисследований, излагаются цели диссертационной работы и ее наиболееважные результаты.
Здесь также, отмечаются новизна и практическаязначимость проведенных исследований, приводятся сведения обапробации результатов работы.В Главе 1 кратко представлены основные положения динамической теорииупругости, а также рассмотрено ее применение к кристаллическим средамс различной степенью упругой анизотропии.
Исследуется распространениеупругих волн в кристаллических средах, относящихся к тетрагональнойсингонии, и проводится сравнительный анализ основных характеристикакустических волн. Сравнительный анализ в рамках настоящей работыпроводился как для хорошо известных материалов, таких, как титанатбария и рутил, так и для относительно новых кристаллов, представляющихинтерес для акустооптики, например, парателлурита каломели, бромида ийодида ртути.
Решение уравнения Кристоффеля ( Γil 0 ul = ρV 2 0 ui , гдеГil = cijkl nj nk - тензор Кристоффеля, 0ul – вектор поляризации волны, сijkl– матрица коэффициентов упругости, nl – направление нормали кволновому фронту волны, V – ее фазовая скорость) позволило найтискорости и векторы поляризации, являющиеся соответственнособственными значениями и собственными векторами тензораКристоффеля. Рассчитаны поверхности обратных скоростей акустическихволн в плоскостях (001) и (110) тетрагональных материалов.YY1/VS1/VS1/Vl1/Vl01/Vl0XТитанат барияY1/VS0XРутилXПарателлуритРис.
1. Общий вид поверхностей акустических медленностей в тетрагональныхматериалахИзвестно, что значение фазовой скорости ультразвука в акустооптическихкристаллах вдоль отдельных направлений составляет малую величину,сравнимую со значением фазовой скорости звука в воздухе. Например, в9йодиде ртути величина фазовой скорости оказалась равной V = 245 м/c.Более того, в кристаллах парателлурита и соединениях ртути скоростьультразвуковых волн значительно меняется с изменением направленияраспространения ультразвука. Это иллюстрирует рисунок 1.
Расчетыпоказывают, что параметр анизотропии r в этих средах велик. Взависимости от направления отношение скоростей для медленнойакустической моды в парателлурите достигает величины r = 4.9. Рекорднобольшая упругая анизотропия характерна для плоскости (001)рассмотренных тетрагональных кристаллов, в то время как в плоскости(110) параметр анизотропии оказывается несколько меньше r < 3.0.Определена ориентация вектора поляризации в зависимости отнаправления распространения акустической волны в плоскостях (001) и(110) тетрагональных материалов.
Показано, что с увеличением степенианизотропиитетрагональногоматериалаrрастетотличиеполяризационных характеристик акустических мод в тетрагональномкристалле по сравнению с характеристиками соответствующихакустических мод в слабоизотропных материалах.x3YVg3(1)K1K3V3(3)(2)V1Vg2Vg1V2K2x2XРис. 2. Распространение и отражение акустических волн в случае скользящего паденияРассчитана величина угла акустического сноса в тетрагональныхматериалах акустооптики.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
