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 пов’яз. 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, 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. 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