Акустооптика - Енциклопедія Сучасної України
Beta-версія
Акустооптика

АКУСТОО́ПТИКА – розділ акустики, що вивчає взаємодію оптичних хвиль зі звуковими в твердих тілах та рідинах; вплив збуджених у середовищі акустичних (ультразвукових) полів на світлові хвилі, які розповсюджуються в цьому середовищі. В основі акустооптич. ефекту лежить фотопружність – зміна оптич. властивостей речовини, зумовлена ультразвуком. Залежно від амплітуди ультразвук. хвилі виділяють два режими реалізації акустооптич. ефекту: неруйнівний і дефектоутворювальний. Найбільш вивченим є акустооптич. ефект, який реалізується при амплітудах акустич. полів, нижчих за поріг дефектоутворення. Реакція середовища на дію акустич. поля в цьому випадку зворотна, а наслідком дії є просторова модуляція показника заломлення, яка призводить до утворення фазової дифракц. ґратки. Світлова хвиля, яка розповсюджується через середовище, дифрагує на такій динаміч. дифракційній ґратці так, що частота і хвильовий вектор дифрагованої хвилі визначаються через відповідні параметри падаючої світлової і звук. хвиль:

ωqn±mωзв.

kq=kn±mkзв.

q, ωn, ωзв. – частоти дифрагованої, спадної, звукової хвиль; kq, kn, kзв. – хвильові вектори хвиль з відповідними частотами; m – порядок дифракції).

Перші теор. дослідж. впливу акуст. коливань середовища на світлові хвилі, що розповсюджуються в ньому, провели Л. Бріллюен і Л. Мандельштам у 1922–26, а перші експерим. підтвердження теорії Мандельштам–Бріллюенівського розсіювання світла отримали 1932 П. Дебай і Сірс, Р. А. Люка і П. Бікар, пізніше Ч. Раман і Нат. З іменем останніх пов’яз. окремий тип дифракції, який має місце при виконанні умови:

k2зв.а/kn<<1

(а – довжина області взаємодії світлової і звук. хвиль у напрямку на перший дифракц. максимум), наслідком якої є поява серії променів, що відповідають цілочисельним значенням m і розповсюджуються під кутами ϕр-н=аrcsin(mλnзв.), (λn, λзв. – довжини світлової і звук. хвиль). Дифракція Рамана-Ната лежить в основі т. зв. шлірен-методу, що використовується при візуалізації звук. полів (звукобачення). Під час виконання нерівності k2зв.а/kn >> 1 реалізується т. зв. Бреґівський режим дифракції. Кут падіння світлової хвилі на дифракц. ґратку, створ. високочастотним звук. полем ϕБ=arcsin λn/2λзв.. Спостережуваними при цьому будуть нульовий і перший дифракц. максимуми. Таким чином, на відміну від дифракції Рамана-Ната, яка еквівалентна дифракції на тонкій голограмній пластинці, Бреґівський режим дифракції відповідає дифракції на товстій голограмі. Можливість керування параметрами дифрагованої хвилі шляхом зміни амплітуди і частоти звук. хвилі лежить в основі функціонування акустооптич. пристроїв. Найвідоміші з них – дефлектори, модулятори, фільтри з перебудовою спектру пропускання. Їм властиві високі швидкодія, світлосила і розділення. Спектр використання таких пристроїв надзвичайно широкий – від пристроїв для керування просторово-часовими параметрами лазер. випромінювання до матрич. процесорів, які використовуються в сучас. системах опрацювання цифр. інформації. Акустооптич. ефект, пов’язаний з дефектоутворенням, відносять до фіз. А. При цьому на феноменологічному і мікроскопіч. рівнях вивчається взаємний вплив акуст. і світлових полів, а також середовища, у якому вони розповсюджуються. Предметом фіз. А. є такі явища: взаємодія ультразвуку з дислокаціями та її прояв в оптич. властивостях речовини, генерація під впливом ульразвуку точкових дефектів, які змінюють спектр люмінесцентного випромінювання; модуляція під впливом ультразвуку краю фундам. поглинання напівпровідників, сонолюмінесценція кристалів тощо. В Україні підготовку спеціалістів та дослідж. з А. ведуться на фіз. ф-тах Київ., Львів., Ужгород., Харків., Чернів. ун-тів, у Нац. тех. ун-ті України «Київ. політех. ін-т», Ін-ті фізики напівпровідників НАНУ, Ін-ті фізики НАНУ, Ін-ті приклад. оптики Мін-ва освіти і науки України та ін. держ. і приват. структурах.

Літ.: Физическая акустика. Т. 1. Москва, 1966; Исакович М. А. Общая акустика. Москва, 1973; Ультразвук. Маленькая энциклопедия. Москва, 1979; Красильников В. А., Крылов В. В. Введение в физическую акустику. Москва, 1984; Островський І., Коротченко О. Фізична акустооптика. К., 2000.

І. В. Блонський

Стаття оновлена: 2001