Акустооптика. Акустооптический эффект кратко

Привет, Вы узнаете о том , что такое акустооптика акустооптический эффект , Разберем основные их виды и особенности использования. Еще будет много подробных примеров и описаний. Для того чтобы лучше понимать что такое акустооптика акустооптический эффект , настоятельно рекомендую прочитать все из категории Акустроэлектроника и акустооптика.

 Акустооптика - пограничная область между физикой и техникой, в которой изучается взаимодействие электромагнитных волн со звуковыми и разрабатываются основы применения этих явлений в технике. Взаимодействие света со звуком используется в современной оптике, оптоэлектронике, лазерной технике для управления когерентным световым излучением. Акустооптические устройства позволяют управлять амплитудой, частотой, поляризацией, спектральным составом светового сигнала и направлением распространения светового луча. Важной областью практического применения акустооптических эффектов являются системы обработки информации, где акустооптические устройства используются для обработки СВЧ-сигналов в реальном масштабе времени. 

    Акустооптический эффект, известный в научной литературе также как акустооптическое взаимодействие или дифракция света на акустических волнах, был впервые предсказан Бриллюеном в 1921 году и затем экспериментально обнаружен Люка, Бикаром и Дебаем, Сирсом в 1932 году. При рассмотрении дифракции света на монохроматической акустической волне в первую очередь выделяют два предельных режима: раман-натовский и брэгговский. Режим Рамана-Ната соответствует относительно низким акустическим частотам f и малой длине акустооптического взаимодействия l (обычно f < 10 МГц и l < 1 см). Этот тип дифракции наблюдается при произвольных углах падения света на акустооптическую ячейку (Рис. 1, а), а дифракционная картина может содержать много дифракционных максимумов с симметричным распределением интенсивности света. В противоположность этому, режим Брэгга наблюдается на высоких частотах ультразвука, обычно превышающих 100 МГц. Дифракционная картина, даже при большой акустической мощности , состоит, как правило, только из двух дифракционных максимумов     

    нулевого и первого порядков. Однако даже эти максимумы появляются только при определенных углах падения света вблизи так называемого угла Брэгга (Рис. 1, б). Четко выделенной границы между двумя описанными режимами дифракции не существует. Об этом говорит сайт https://intellect.icu . С увеличением частоты ультразвука угловая селективность акустооптического взаимодействия возрастает, а число наблюдаемых дифракционных максимумов постепенно уменьшается. Традиционно раман-натовский и брэгговский режимы определяются условиями Q << 1 и Q >> 1 соответственно, где Q - параметр Кляйна-Кука. Поскольку только один дифракционный максимум используется в акустооптических устройствах (как правило, первый порядок), то брэгговский режим более предпочтителен из-за малых световых потерь. Но с другой стороны, акустооптическая селективность, присущая брэгговскому режиму, ограничивает частотный диапазон акустооптического взаимодействия и, как следствие, быстродействие акустооптических устройств и их информационную емкость. 

   Если акустооптическая среда является оптически изотропной, то имеем соотношение

   В анизотропной среде возможно два варианта акустооптического взаимодействия. Если в процессе акустооптического взаимодействия не меняется тип оптической моды, то  (рассеяние вида  ) или  (рассеяние вида  ), и тогда угол Брэгга определяется выражением (1). Этот вариант акустооптического взаимодействия известен как изотропная дифракция. В другом варианте, известном как анизотропная дифракция, тип оптической моды трансформируется в процессе акустооптического взаимодействия (рассеяние вида  или  ). Поэтому  , и зависимость  становится намного сложнее. С точки зрения практического применения все достоинства анизотропной дифракции являются следствием более сложной зависимости угла Брэгга от частоты ультразвука. Так, например, было показано, что наилучшие характеристики у акустооптических дефлекторов получаются в области, где  . Аналогично, оптимальными областями для модуляторов и фильтров являются области, где  и  . 

   Аналитическое решение задачи акустооптического взаимодействия может быть получено только для предельных режимов раман-натавской и брэгговской дифракции. В последнем случае, если дополнительно предположить, что свет падает на ячейку под углом Брэгга, получается следующее выражение для эффективности дифракции:

где l*b - поперечное сечение акустического пучка. Параметр M, определяемый формулой

   где p - плотность среды, называется акустооптическим качеством. Это основной параметр, по которому оценивается пригодность материала для акустооптических применений, поскольку, чем выше акустооптическое качество, тем меньшая требуется акустическая мощность для получения необходимой эффективности дифракции. Под действием механических деформаций, переносимых звуковой волной, возникает пространственная модуляция оптических свойств среды, обусловленная упруго-оптическим, или фотоупругим, эффектом. Оптические свойства среды меняются во времени с частотой звуковой волны, т. е. значительно медленнее и по сравнению с периодом электромагнитных колебаний в световой волне, и по сравнению со временем прохождения светового луча через звуковой пучок. В зависимости от соотношения между поперечным размером падающего оптического пучка d и длиной звуковой волны распространение света в такой среде сопровождается явлениями либо акустооптической рефракции, либо дифракции света на ультразвуке. Дифракция света происходит не только на вводимой извне звуковой волне, но и на коллективных возбуждениях среды - акустических фононах, в результате чего возникает рассеяние света со сдвигом частоты вверх и вниз на величину частоты фонона (Мандельштама-Бриллюэна рассеяние). В спектре рассеянного излучения появляются пары сдвинутых по частоте компонент Мандельштама-Бриллюэна, отвечающих рассеянию света на продольных и поперечных акустических фононах. 
 

Информация, изложенная в данной статье про акустооптика акустооптический эффект , подчеркивают роль современных технологий в обеспечении масштабируемости и доступности. Надеюсь, что теперь ты понял что такое акустооптика акустооптический эффект и для чего все это нужно, а если не понял, или есть замечания, то не стесняйся, пиши или спрашивай в комментариях, с удовольствием отвечу. Для того чтобы глубже понять настоятельно рекомендую изучить всю информацию из категории Акустроэлектроника и акустооптика