Svet_i_zvuk_vzaimodeystvie_v_srede (1239103)
Текст из файла
В.. М. Левин,- Р. Г. Мае В, В. В. Проклов, кандидаты физико-математических наук СВЕТ И ' ЗВУК: ВЗАИМОДЕЙ- СТВИЕ В СРЕДЕ ВВЕДЕНИЕ Свет и звук — основные волновые явления, с кото- дыми мы сталкиВаемся В Окружающем нас мире. Характер распространения этих волн в среде зависит ог свойств самой среды.
При этом очевидно, что световая или акустическая Во на сама Во у цвет среду. Поэтому ОднОВрюмюнною распространению В матсриальиОЙ среде света и звука приводит к взаимному влиянию на характер их распространения — акустооптичсскому ВзаимОДсй стниЮ. Воздействие звука на среду представляет собой ли- нюйныЙ эффект: под дейстВием деформаций, переносимых звуковоЙ ВОлнОЙ, Возникает пространстВенная МО- дуляция Оптических сВОЙстВ среды меняющаяся Во Вр~' мени со звуковой частотой, т. е. медленно по сравнению с периодом электромагнитных колебаний в световой ВОЛ НО.
ВоздейстВНЮ ОптичюскОГО излучения на акустические ЯВлюния Определяется нелинейными квадратичными эф" фектами, поскольку частота света на мнОГО порядков превосходит звуковую частоту. Известны два механизма . оптоакустических явлений. Один из них, динамический, Обусловлен высокочастотной электрострикциеЙ, т.
е. Появлением В электрическом полю сВетОВОй ВОлны меха ниче х напряжениЙ пропорц О а- ьн х квадрату или волны. Второй представляет собой разогревный эффект: периодический локальиый нагрев среды светом приВодит за счет теплоВОГО расширения к ВозникнОВюнню в среде переменных механических напряжений (светотермоупругий эффект). Результатом. обоих эффектов является генерация акустических колебаний в поле све- ТОВОГО ИЗЛУЧЕНИЯ.
Характер акустооптического взаимодействия в среде зависит от интенсивности светового потока. Если ни тенсиВность света евел «а квадратичн ми оптоакустическими эффектамн можно пренебречь, и основную роль играют эффекты, Обусловлюнньм модуляцией пОки» зятюля преломления ЭВукоВОЙ ВОлнОЙ. Для низкочястотнОГО зВукя, длина ВОлны котороГО сравнима с поперечным размером светового пучка, эф. фект СОстОит В искриВлении ходя сВютовых лучей В не однородно деформированном материале.
Для высокоча-' СТОТНОГО ЗВУкя характерна дифрякция света На ПюРио ДИЧЕСКОЙ НЕОДНороДНОСТИ ПОКЯЗЯТЕЛЯ ПРЕЛОМЛЕНИЯ, СОЗ данной акустической волной. Если через такую структуру проходит сВют, В среде, помимо ОснОВНОГО рлучя, ВОЗНИКЯЕТ ОДИН ИЛИ НЕСКОЛЬКО СВЕТОВЫХ ЛУЧЕЙ, ОТКЛО" нюнных В результате дифракции. При рассеянии на. дВи жуЩюЙся решетке за счет эффекта Доплюра возникает сдвиг частоты дифрагированного света.
С повышением интенсивности оптического излучения основную роль начинают играть эффекты, обусловленные электрострикцией. Под действием световых полей В среде возникают переменные упругие напряжения, ча« СТОТЫ КОТОРЫХ ЛЮЖЯТ В УЛЬТРЯЗВУКОВОМ ИЛИ ГИПЕРЗВУКОВОМ ДИЯПЯЗОНЯХ, И ГЕНЮРИРУЮТСЯ ЗВукОВЫЕ ВОЛНЫ СО Ответствующих частот. В полю мОщнОГО ОптичюскОГО излучения ВОзмОжнО также и усилению ультразвука зя счет одновременного ДЮЙствия эффектов акустооптиче- скОЙ Дифракции и электрострикции. При этОм, наряДу с усилением ультразвука, будет происходить и нарастание интенсивности рассеянного света.
Особый интерес ПРЕДСТЯВЛЯЕТ УСИЛЮНИЕ ЯКУСТИЧЕСКИХ ТЕПЛОВЫХ ШумоВ В ПОЛЕ ИНТЕНСИВНОГО СВЕТОВОГО ИЗЛУЧЕНИЯ вЂ” ЯВЛЕНИЕ ВЫ" - нуждюннОГО рассеяния Мандельштама — Бриллюэня. Изучение взаимодействия света и звука началось с открытия Д. Брюстером н Л. Зеебеком в начале Х1Х в. упругооптического эффекта — изменения показателя преломления среды под действием упругих деформаций.
В 1880 г. А. Белл, В. Рентген и Д. Тиндаль одновременно опубликовали результаты исследований первого ОПТОЯКУСТИЧЕСКОГО ЭффеКТЯ вЂ” ГЕНЕРЯЦКИ СЛЫШИМОГО ЗВУКЯ ПЕРИОДИЧЕСКИ ПОВТорЯЮЩИМИСЯ СВЮТОВЫМИ ИМ пульсами. В 1920 — 1930 гг. возник интерес к дифракции светя ня акустических Волнах, связанный с изучением механизмов молекулярного рассеяния света. Опираясь На ПРЕДСТЯВЛЕНИЕ 0 ТЕПЛОВОМ ДВИЖЕНИИ ЯТОМОВ И МОЛЮ- кул В конденсирОВяннОЙ среде кяк 0 суперпозиции не когерентных акустических волн, Л.
Бриллюэн и Л. Манлюльштам ВыдВинули идею о рассеянии светя Вслюдст Вие дифракции еГО на неоднородностях показателя преломления, создаваемйх такими волнами. Такое рассеяние было обнаружено экспериментально Е, Гроссом, Г. Ландсбергом и Л, Мандельштамом в 1930 г. н получило назВание рассеяния Мандельштама — Бриллюэна. В 1932 г. П. Дебай и Ф.
Сирс и одновременно Р. Люка н П. Бикар наблюдали дифракцию света иа звуковой волне, возбуждаемой внешним источником. Стремительный прогресс Оптики и акустики В наше время значительно расширил возможности для изучения Взаимодействия света и звука. Получение с по" мощью оптических квантовых генераторов мощного ко- ГерентнОГО излучения, совершенствование техники приема светового излучения, разработка методов генерации интенсивных акустических ВОлн В широком диапазоне частот ВплОть до десятков ГиГЗГерц — Все это коренным образом изменило возможности и диапазон исследований. Наиболео значительным результатом технического прогресса было открытие Ч.
Таунсом и Р. Чао в США и И. Л. Фабелинским и В. С, Старуновым в СССР вы- нужденнОГО рассеяния Мандельштама — Бриллюэна при изучении распространения интенсивного лазерноГО излу" чения В жидкостях и твердых телах. В настоящее время исследования взаимодействия света и звука Ведутся по нескольким направлениям, Изучаются механизмы акустооптического взаимодейстВия В различных средах В широком диапазоне частот электромаГнитнОГО спектра От ультрафиолета до далекой инфракрасной области. Исследуются .различные режимы акустооптической дифракции и ее особенности в анизотропных и активных средах, планарных и друГих волноводных системах. Разрабатываются принципы практического использования эффектов акустооптиче- скоЙ дифракции В Оптике, лазерной технике, оптоэлектронике, системах обработки информации и других областях науки и техники. Изучение рассеяния Мандельштама — Бриллюэна В различных средах позволяет НО лучать важную информацию об их структуре н происходящих в них физических процессах, Продолжается :изучение явления вынужденного рассеяния Мандельштама — Бриллюэна.
Активно исследуются оптоакусти. '-ческие эффекты, связанные с генерацией Оптическим . излучением звуковых колебаний в широком диапазоне частот от единиц и десятков герц вплоть до 10" Гц.: Од- 5 ним из применений Оптоакустических эффектов яВляется получение спектров поглощения тел, находящихся в различных физических состояниях, — фотоакустическая спектроскопия. Таким образом на стыке целого ряда областей современной науки и техники возникло новое направление научных и прикладных исследований акустооптика. РАСПРОСТРАНЕНИЕ СВЕТА И ЗВУКА В КОНДЕНСИРОВАННОЙ СРЕДЕ Прежде чем начать рассказ о взаимодействии света и звука, напомним Основные факты, Относящиеся к распространению электромагнитных и акустических волн в конденсированной среде, особо выделяя те из них, которые оказываются существенными для акустооптического взаимодействия. Начнем с оптического излучения.
Отличие Скорости распространения Света в Среде с От скорости В Вакууме со, характеризуемое показателем преломления и= ср/с связано с темь что распрост ранение электромагнитной волны в среде сопровождается колебательным ДВижением зарЯДОВ, ВхОДЯЩих В со" став атомов и молекул. Поле излучения в среде возникает как результат интерференции падающего, перВич". НОГО, излучения со ВтОричным, создаваемым колеблющимися зарядами. Вторичное излучение Определяется плОтнОстью макроскопическоГО дипольнОГО момента электрической поляризацией Р, пропорциональной электрическому полю волны Е: Р = уЕ.
Поляризуемость Описывающая реакцию среды на электромаГнитное .В03" действие, равна поляризуемости уо отдельной структурной единицы, молекулы или элементарной ячейки, по множенной на число таких единиц В единичном Объеме У, В изотропной среде плоскость поляризации света произвольна, а скорость его распространения не зави-. сит от направления. В анизотропной среде имеет место дВулучепреломление: ВдОль данноГО направления МОГут распространяться две электромаГнитные ВОлны со Взаимно перпендикулярными плоскостями поляризации, различными скоростями распространения и показателямн преломления, Исключения составляют особые направления, так назыВаемые Оптические Оси; В зависимости от их количества среда может быть одноосной или дВухосной.
В Одноосной среде распространяются волны, поляризация которых по-разному ориентирована по отношен ю к плоскости, проходяще через оптическую Ось кристалла и напраВление распространения. Для ВОлны, поляризация котОрой перпендиКулярна этой плоскости, Скорость Света не зависит От направления. Такая волна получила название обыкновенной. У необыкновенной волнь~, поляризованной в плоскости распространения, фазовая скорость оказывается раз- личнОЙ В заВисимости От ТОГО, под каким углом к Оптической оси распространяется волна. В двухосной среде деление на Обыкновенную и необыкновенную ВОлны теряет смысл.
Оптическая анизотропия лежит В Основе ОсОбОГО Вида акустооптическоЙ дифракции — анизотропноЙ дифракции, при которой плоскости поляризации падающе- ГО и дифраГированнОГО сВета различны. Закономерносхи янизотропной дифракции существенно отличаются от законов акустооптической дифракции в изотропнои Среде. В современной акустооптике рассматривают эффекты Взаимодействия со звуком не тОлькО ВидимОГО светя, но значительно более широкого спектрального диапазона — От далекоЙ инфракрасной до ~льтрафиолетовой области. Реакция среды на электромагнитное воздействие зависит от частоты падающего света и' определяется характером Движения заряженных частиц под деЙ- СТВИЕМ ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ПОЛЯ ВОЛНЫ.
Характеристики
Тип файла DJVU
Этот формат был создан для хранения отсканированных страниц книг в большом количестве. DJVU отлично справился с поставленной задачей, но увеличение места на всех устройствах позволили использовать вместо этого формата всё тот же PDF, хоть PDF занимает заметно больше места.
Даже здесь на студизбе мы конвертируем все файлы DJVU в PDF, чтобы Вам не пришлось думать о том, какой программой открыть ту или иную книгу.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
