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:

ω_q=ω_n±mω_зв.

k_q=k_n±mk_зв.

(ω_q, ω_n, ω_зв. — частоти дифрагованої, спадної, звукової хвиль; k_q, k_n, k_зв. — 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 повʼяз. окремий тип дифракції, який має місце при виконан­ні умови:

k²_зв.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 ϕ_р-н=аrcsin(mλ_n/λ_зв.), (λ_n, λ_зв. — 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 k²_зв.а/kn >> 1 реалізується т. зв. Бреґівський режим дифракції. Кут паді­н­ня світлової хвилі на дифракц. ґратку, створ. високочастотним звук. полем ϕ_Б=arcsin λ_n/2λ_зв.. 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, повʼязаний 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. університетів, у Нац. тех. університеті України «Київ. політех. ін­ститут», Ін­ституті фізики напів­провід­ників НАНУ, Ін­ституті фізики НАНУ, Ін­ституті приклад. оптики Міністерства освіти і науки України та ін. держ. і приват. структурах.

Завантажити статтю