Svet_i_zvuk_vzaimodeystvie_v_srede (1239103), страница 5
Текст из файла (страница 5)
торов ОкезыВается ревнооедренным. Эффективность резонансной дифракции зависит не только От глубины модуляции звуком показателя преломления среды, но и от длины взаимодействия 1.. Ин. тенсивность 1 света, отклоненного за счет дифракции, увеличиВается с ростом как интенсивности звука 1ак, тек и Длины ВзаимоДействиЯ 1' 1 рЧР1 „1до где 1ОΠ— интенсивность падающего света. При доста.
тОчнОЙ длине Взаимодействия интенсиВность дифрегирО« ВеннОГО сВета среВниВается с интенсиВностью педеюще го. В зависимости от характеристик материала эта длина при интенсивности звукового потока 1~„-1 Вт/см' колеблется от десятков сантиметров (кварц, сапфир и др.) до долей сантиметра (вода, халькогенидные стекла, теллур и др.).
Если интенсивности отклоненного и падающего света близки, то дифракционная картина в целом определяется характерОм ВзаимодеЙстВия с ультразВуком све та, уже ОтклоненноГО В перВыЙ порядок дифракцип. В зеВисимости От соотношения между длинами ВОлн звука Л и света Х акустооптическое взаимодеЙствие может происходить по-разному. Обычно различают два типа резонансной дифракции — дифракцию Рамана— Ната и брэгговскую дифракцию. Дифракция Рамана — Ната представляет собой- резо.
ненсную дифракцию свете на низкочастотном ультра» звуке, длина волны Л которого значительно больше длины световой волны Х. Поскольку волновой вектор зВука Я мал, то ВолноВые Векторы Образуют раВнобеД ренный треугольник с углом при вершийе, близким к нулю~ и ВОлнОВ$1е векторы свете и звуке пОчти ОртОГО -нальны.
Следовательно, для наблюдения эффективной Йкустооптической дифракции свет должен падать на звуковоЙ пучок по направлению, близкому к нормали. Нарисуем картину акустооптической дифракции при нормальном падении света. В Результате непосред- ственнОГО Взаимодействия со звуком пядяющеГО излучения Возникают дВЯ пучка дифраГирОВаннОГО сВета, соответствующие первому порядку дифракции и распространяющиеся ВдОль напраВлениЙ суммарнОГО К+ ц и разностного К вЂ” В волновых векторов соответстВенно. Эти пучки Отклоняются В разные стороны От на правления падающего света на угол 61 — — д/Й=Х/Л<<1.
Характерная особенность акустооптической дифракции на низкочастотном ультразВуке сОстОит В том, чтО ус лОВия резонансноЙ ДифракЦии моГут быть уДОВлетВоре ны для обоих пучков одновременно. Для обоих направлений распространения дифраги- ровяннОГО светя максимальная разность:фаз ВОлн, при" ходящих из различных точек Области акустооптическо~ го взаимодействия, одинакова и равна Л~~ =пХ1,/Л'.
При выполнении условия Л'»ХЕ дифрагированиыйсвет Оказывается синфазным: Л~ <<~ для обоих дифракциониых максимумоВ первого поряд ка. При достаточной интенсивности звука свет, отклоненный В эти порядки, может иметь значительную интенсивность. Отклоненный свет, вновь дифрагируя, на звуковой волне, может либо снова пойти по направлению падающего излучения (т. е. в нулевой порядок дифракции), либо отклониться на угол 0~=2Х/Л от этого направления и пойти во второй порядок дифракции. Днфракиия во второй порядок также является резонансной, поскольку несинфязность Света, дифрагированного по этому направлению, также мала. Вообще разность фаз Лф, определяющая степень несинфазности излучения, отклоненного В ~и-Й дифрзкционный Максимум, равна птМ/Л'. При выполнении условия Л'»И резонансная дифракция Оказывается ВозможнОЙ ОднбВременно для Различных порядкоВ дифракции.
Поэтому сВет, Отклоненный ВО втоРОЙ порядок, Вновь дифрйГи руя, частично отклоняется в третий порядок и т, д, та в воде равна 14 МГц, в кварце — 52 МГц. С уменьшением толщины звукового пучка интервал акустиче. ских частот, для которых Возможен этот Вид дифракции, расширяется в область более высоких частот.
Ограничение звуковых частот снизу: ~>>о, /Ш возникает в силу ТОГО, что Длина зВукоВой ВОлны Должна быть мнОГО .больше диаметра светового пучка Ш. В противном случае дифракция вообще не наблюдается, а воздействие звука сводится к искривлению хода световых лучей в среде с неоднородным показателем преломления. В области высоких акустических частот дифракцию Рамана — Ната сменяет другой тип резонансной акустооптической дифракции — брэгговская дифракция. Для высокочастотного звука, длина волны которого удовлетВоряет условию А'~~ХЕ, из треугольника волновых Век ° торов 1рис. 3, 4) слеДует, что резонансная ДифракЦиЯ когда свет падает на звуковой пучок под определенным углом.
Характер дифракции сильно зависит от наличия в среде оптической анизотропии. Мы Вначале рассмотрим изотропную среду, В которой аку стооптическая дифракция не зависит ни От напраВления распространения ни От поляризации света В э'1ОМ слуи чае треугольник волновых векторов 1см, рис. 3) оказывается равнобедренным.
Резонансная дифракция имеет Х 1 место, если свет падает под углом 9„. =агсз~п — к 2 Л фронту звуковой волны. Этот угол называется углом Б рэгга. При брэгговской дифракции отклонение света происходит только в первый порядок дифракции. Лля света, падающеГО В сторОну распространения зВука, диф ракция происхоДит  — 1-й поряДок: дифраГированный свет имеет сдвинутую вниз частоту и — Й и разностный - — волновой вектор К вЂ” ц. Лкустооптическую дифракцию в этом случае можно рассматривать как процесс излучения падающим фотоНом акустического фонона.
Если же'свет падает в сторону, противоположную распространению звуковой вол. Иы, то ДифракЦия НДет В. + 1-й поряДок и Дифрагироваи нЫй свет имет суммарную частоту и суммарный волноВой вектор, а весь процесс дифракции можно трактовать как процесс пОГлощения падающим фотоном акустиче. СКОГО ф ,Циф ОНОНВ. рагирОВанный свет ВыхОдит из .акустическоГО с Рис. 8. Дифракция Брэгга в изотропной среде Рис.
4. Дифракция Брэгга а анизотропной среде. Стрелки и точки ~ ~ружк~ми ОбОЗййчз~о~ Р~злиййы~ пОляри~з~ии св~т~ пучка под углом рассеяния 6', образованным направлением распрострянения ОтклоненноГО сВета и Волновым фронтом звуковой волны. В изотропной среде угол Рассеяния 6 Равен углу Б рэгга.
С повышением частоты ЯКустичесКой волны возрастает и угол БРЗГГЯ, и угол рассеяния. Диапазон звуковых частот, для котоРОГО наблюдается акустооптическая дифракЦНЯ, ОГраннчен сВер ху предельным значением: 2У,у МВНС В Х Предельному значению акустической частоты соотВетствует рассеяние света назад, Падающий свет рас- ВыхОдит из якустическОГО пучка . по няпряВлению пада ющеГО излучения. В результате Возникает периодиче- СКЯЯ ЗЯВИСИМОСТЬ ИНТЕНСИВНОСТИ КЯК ПРОХОДЯЩЕГО, ТЯК и дифрагированного света от длины взаимодействия или амплитуды звуковой волны.
Длина взаимодействия, на которой падающий световой поток полностью отклоняется зя счет дифрякции, ряВня Ео —— Кофрй'5о, Где Хо длина сВетя В Вакууме, 5р — амплитуда деформации В звукоВОЙ Волне, При зВуковой интенсиВности 1ан=.. 1 Вт/см~ эта длина для красного света (Хо=0,63 мкм) равна 12,5 см в кварце, З,З см в молибдате свинца Р1зМО04 и 0,5 см в парателлурите ТеО.
Вся энергия падающего излучения будет вновь сосредоточена в перВОИЯ~1яльном направлении при длине ВзаимодеЙстВия, равной 2ЕО. В анизотропной среде геометрия брэгговской дифракции будет различной в зависимости от того, СО- хряняет ли дифрягированныЙ сВет пОляризяцию падающего излучения или нет. Рассмотрим особенности брэг- ГОВскОЙ дифрякции для сВетя. с определенноЙ поляризя- циеЙ, распространяющегося в Янизотропной Среде, Будем считать заданными няпряВления распространения ПЯДЯЮЩЕГО СВЕТЯ И ЗВУКЯ, фИКСИРОВЯВ ТЕМ СЯМЫМ УГОЛ Брэгга. Для того чтобы удовлетворить условиям фазового синхронизма, будем менять частоту, а вместе с.ней и ВОЛИОВОЙ Вектор звука. Резонансная Дифракция возникает, если Волновой Вектор ЗвуковоЙ Волны замыкает концы волновых векторов падающего и дифрагированного света, обязанных лежать на соответствующих поВерхностях.
Именно такое построение приВедено ня рис. Ф. Ня рисунке Видно, что В общем случае резонансная дифракция возникает при трех различных акустических частотах. Для одной из ннх.~„„,р концы волновых век- ТОРОВ ПЯДЯЮЩЕГО И ДифРЯГИРОВЯННОГО СВЕТЯ ЛЕЖЯТ На а одной и той же поверхности волновых векторов. На этой частоте возникает обычная брэгговская дифракция без ИЗМЕНЕНИЯ ПЛОСКОСТИ ПОЛЯРИЗЯЦИИ. При ДВух ДруГих значениях чвстоты ультразВука, и ~2, вектор ц замыкает концы волновых векторов, лежащих ня, различных поверхностях ВолнОВых ВекторОВ света., На этих частотах возникает брэгговская дифракЦия с поворотом плОскОсти поляризаЦии — ЯнизотрОЛ" ная дифракция.
Для больших значений акустической "частоты ~! дифраГированныЙ сВет Отклоняется В сторону, противополОжную направлению распространения падающего света (векторы К и К'1 на рис. 4). Когда же 'частота ЗВука раВна' меньшему значению ~2» дифраГН рованный свет распространяется В ту же сторону, чтО н падающий свет, (векторы К и. Ы'2 на рис. 4). Анизотропную дифракцию можно рассматривать как частич.ное Отражение СветовоЙ Волны от звуковой решетки, ПроиСХОДЯЩЕЕ 'С ИЗМЕНЕНИЕМ ПОЛЯризации СВЕТа. : Сохраняя пОстОянным напраВление распространения :звука, т.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
