Распространение и отражение объемных упругих волн в акустооптических кристаллах (1104605), страница 4
Текст из файла (страница 4)
6. Схемы квазиколлинеарных фильтрова) нормальное падение света и уширение сечения акустического столбаб) наклонное падение света и сохранение сечения акустического столбав) нормальное падение света и сохранение сечения акустического столбаГлава 4 посвящена изучению возможностей применения явленияобратногоотраженияупругихволнвакустооптическихиакустоэлектронных устройствах новых типов. Например, исследованыновые возможности применения акустического отражения в акустооптике,позволяющего уменьшить величину управляющей акустической мощностив акустооптических квазиколлинерных фильтрах, а также решитьпроблему ввода-вывода оптического излучения из кристалла. Показано,что использование отражения звука в анизотропных средах позволяетповысить эффективность дифракции, снизить оптические потери вприборах и уменьшить их габариты.На рисунке 6 показаны некоторые схемы акустооптическихфильтров, в которых используется отражение акустических волн.Предложена схема фильтра, в котором акустооптическое взаимодействиепроисходит в плоскости (110) , а медленная сдвиговая волна отражаетсяортогонально оптической грани кристалла парателлурита.
Доказано, чтоподобное отражение в фильтре наблюдается при угле среза кристаллаα = 70.50 , при этом свет вводится в звуковой столб нормально оптическойграни. Это позволяет оптимизировать схему фильтра, повысить15эффективность его работы и уменьшить влияние оптической дисперсиисреды на характеристики прибора.Рассчитаны характеристики акустооптической ячейки на кристаллепарателлурита, использующей преобразование продольной акустическоймоды вдоль оси [110] в сдвиговую волну вдоль [110] . Общая схемаотражения в кристалле парателлурита показана на рисунке 7. Определенугол наклона акустической грани кристалла равный μ = 81.80 иобеспечивающий реализацию подобного преобразования акустическихмод. Предсказано, что коэффициент отражения акустической энергии врассматриваемой акустооптической ячейке составляет значительнуювеличину f (S) = 89% .[010][110][100]VlgsVsglа) вид акустооптической ячейкиб) поверхность медленностей кристаллаTeO2Рис.7 Преобразование продольной акустической волны в медленную поперечнуюволну вдоль оси [110] парателлуритаПредложена конфигурация акустооптической ячейки с акустическимотражением в плоскости XY, при котором отраженная волнараспространяется с максимальным углом акустического сноса, равным740, и максимальным коэффициентом отражения звука, составляющим100%.
Доказано, что в предложенной ячейке реализуется ранее неизвестный режим акустооптического взаимодействия, который можетбыть определен как “смешанный”, т.е. с неколлинеарной дифракциейпадающего на ячейку света и коллинеарным взаимодействиемдифрагированного луча, когда дифрагированный луч коллинеарензвуковому столбу. Один из вариантов реализации “смешанного” типаакустооптического взаимодействия представлен на рисунке 8.В работе осуществлено экспериментальное подтверждениесуществования явления близкого к обратному отражения энергии упругой16волны в кристалле парателлурита.
Акустооптическими методамивизуализации акустических полей исследован один из вариантовскользящего падения ультразвука на свободную границу раздела“кристалл-вакуум”. Измерены величины фазовых и групповых скоростей вкристалле, а также угол пространственного разделения падающего иотраженного звуковых пучков. В эксперименте зарегистрировано, чтовеличина угла между потоками энергии равна Δθ = 4 0 , при расчетномзначенииΔθ = 7.2 0 .
Тем самым экспериментальнодоказаносуществование эффектов обратного отражения акустических волн в средахс большой анизотропией упругих свойств.дифрагированныйсветηпадающийсвет45°падающийсветζпоглотительпреобразовательа) поперечное взаимодействиедифрагированныйсветб) коллинеарное взаимодействиеРис.
8. Схема ячейки, реализующий смешанный тип акустооптического взаимодействияВ заключении кратко сформулированы основные результатыпроведенных исследований и сформулированы выводы диссертационнойработы:1. Исследованранее неизвестный случай отражения объемныхакустических волн от свободной и плоской границы раздела кристаллвакуум при скользящем падении упругой волны на поверхностькристалла.
Обнаружено, что сильная анизотропия упругих свойствматериалов приводит к необычному, т.е. близкому к обратномуотражению упругих волн, при котором поток энергии отраженнойволны распространяется практически навстречу падающему потокуэнергии. Показано, что минимальный угол между энергетическимипотоками падающей и отраженной волн в соединениях ртути и теллуране превышает нескольких градусов. Доказано, что близкое к обратномуотражение акустических волн легко реализуется в эксперименте инаблюдается в широком интервале значений углов среза материалов.172.
Показано, что при скользящем падении в анизотропной среде энергияпадающей волны эффективно преобразуется в энергию обратноотраженной волны. Доказано, что с ростом акустической анизотропиидоля энергии в обратной волне увеличивается. В кристаллепарателлурита коэффициент отражения достигает максимальногозначения равного 100%, в то время как в средах с умереннойанизотропией доля энергии в обратно отраженной волне не превышаетнескольких процентов.3.
Для случая скользящего падения предсказано существование угловБрюстера, при которых коэффициент отражения одной из волндостигает 100%, а также критического угла среза, при превышениикоторого наблюдается только одна отраженная волна. Найдено, чтозначение критического угла увеличивается с ростом анизотропииматериала, причем в соединениях теллура и ртути критический уголдостигает рекордной величины α C = 200 − 240 , тогда как в известныхслабоанизотропных материалах он не превышает нескольких градусов.4.
Рассмотрен случай наклонного падения акустической волны на границураздела в кристалле парателлурита. Показано, что при наклонномпадении реализуется отражение энергии волны строго в обратномнаправлении. Найдены режимы отражения, в которых энергетическиепотоки отраженных волн совпадают, в то время как, их волновыевекторы направлены в разные стороны. Найдено, что энергия падающейволны может быть направлена по нормали к границе раздела, в то времякак отраженные потоки лежат по разные стороны от исходной волны.5. Рассчитаныэнергетические коэффициенты отражения в случаенаклонного падения звука на границу раздела в кристаллепарателлурита. Обнаружено, что при обратном отражении, как и вслучае скользящего падения, энергетический коэффициент отраженияможет быть близок к 100%. Найдены углы Брюстера, соответствующие100% преобразованию энергии в обратно отраженную волну, а такжекритические углы, при которых существует только одна отраженнаяволна.6.
Показано, что необычное отражение акустических волн может бытьиспользованоприсозданииновыхоптоэлектронныхиакустоэлектронных устройств на основе кристаллов TeO2, Hg2Cl2,Hg2Br2 и Hg2I2. Предложены новые конфигурации акустооптическихячеек и фильтров с квазиколлинеарным режимом дифракции, в которыхиспользуется явление отражения упругой волны от границы разделакристалл-вакуум. Доказано, что применение кристаллов с большой18акустической анизотропией позволяет снизить управляющуюакустическую мощность, повысить эффективность дифракции,упростить ввод и вывод светового излучения из ячеек фильтров, а такжеуменьшить габариты устройств.Список публикаций по теме диссертации1.Поликарпова Н.В. Распространение и Отражение Упругих Волн вПлоскости XY Парателлурита и Каломели.
// Тез. докл. Межд. конф.“Ломоносов-2002”, МГУ, Москва, Россия, с.117-118, 2002.2.Polikarpova N.V. and Voloshinov V.B. Elastic Properties of AnisotropicAcousto-Optic Crystals Tellurium Dioxide and Calomel. // PreliminaryProgram and Abstracts “16-th European Frequency and Time ForumEFTF’02”, St.-Petersburg, Russia, p. 85, 2002.3.Polikarpova N.V.and Voloshinov V.B. Elastic Properties of AnisotropicAcousto-Optic Crystals Tellurium Dioxide and Calomel. // Proc. ofEFTF‘02 16-th European Frequency and Time Forum, St.-Petersburg,Russia, p. C-134 – C-137, 2002.4.Polikarpova N.V. and Voloshinov V.B.
Bulk Acoustic Waves BackwardReflection in Acousto-Optic Materials Paratellurite and Calomel. //Abstracts 16-th Int. Symp. on Nonlinear Acoustics, Moscow, Russia, p.200, 2002.5.Polikarpova N.V. and Voloshinov V.B. Bulk Acoustic Waves BackwardReflection in Acousto-Optic Materials Paratellurite and Calomel. - in“Nonlinear Acoustics at the Beginning of the 21- th Century”. / Ed. byRudenko O.V., Moscow State Univ., Moscow, Russia, v.2, p. 889-892,2002.6.Polikarpova N.V.
and Voloshinov V.B. Close to Collinear AcoustoOptic Filters Applying Elastic Anisotropy of Paratellurite Single Crystal.// Тез. Докл. Межд. Опт. конгресса “Оптика XXI-века”, Сборниктрудов, Санкт-Петербург, Россия, с.143-144, 2002.7.Polikarpova N.V. and Voloshinov V.B. Collinear Tunable AcoustoOptic Filters Applying Acoustically Anisotropic Material TelluriumDioxide. // Journal of Molecular and Quantum Acoustics, v.
24, p.225235, 2003.8.Voloshinov V.B. and Polikarpova N.V. Application of Acousto-OpticInteractions in Anisotropic Media for Control of Light Radiation. //Acustica-Acta Acustica, v. 89, p. 930-935, 2003.199.Polikarpova N.V. and Voloshinov V.B. Reflection of Plane ElasticWaves in Acousto-Optic Crystal Tellurium Dioxide. // Abstracts 5-thWorld Congress on Ultrasonics WCU 2003, Paris, France, p. 8, 2003.10.Polikarpova N.V. and Voloshinov V.B. Reflection of Plane ElasticWaves in Acousto-Optic Crystal Tellurium Dioxide. // Proc.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
