Акустооптика

Акустооптика – прикордонна наукова область між технікою і фізикою, в якій досліджується взаємодія електромагнітних хвиль зі звуковими і формуються основи використання цих явищ в науці.

Взаємодія світлового променя зі звуком застосовується в сучасній оптиці, лазерній техніці та оптоелектроніці для управління когерентним випромінюванням світла. Акустооптіческіе пристрої дозволяють експертам управляти частотою, амплітудою, спектральним складом, поляризацією сигналу і подальшим напрямком поширення світлового вектора.

Акустооптичні взаємозв’язки зводяться до ефектів оптичних рефракції і дифракції тільки при вкрай низьких інтенсивностях випромінювання світла. З підвищенням світловий потужності важливу роль починають грати нелінійні явища вплив світлових променів на середу. Через ефектів нагрівання середовища і електрострикції оптичного заломлення в середовищі з’являються пружні змінні напруги і генеруються звукові хвилі, що володіють частотами від чутних до гіперзвукових.

На сьогоднішній день дослідники виділяють такі основні акустооптичні явища:

  • дифракція світлового вектора на ультразвуку (акустооптичні дифракція);
  • рефракція світла за допомогою ультразвуку (акустооптичні рефракція);
  • посилення слабких акустичних і звукових хвиль, а також їх генерація під впливом потужного оптичного поля (оптоакустіческіе явища).

Важливою сферою практичного застосування акустооптичних ефектів є комплексні системи обробки важливої ​​інформації, де пристрої акустооптики використовуються для обробки постійних СВЧ-сигналів в реальному масштабі часу. Під впливом механічних деформацій, які переносяться звуковою хвилею, виникає просторова модуляція оптичних властивостей простору, обумовлена ​​фотопружних або пружно-оптичним фактором.

Акустооптична взаємодія

Акустооптичні взаємодія у фізиці зводиться до явищ оптичної дифракції та рефракції лише при низьких інтенсивностях заломлення світла. Через електрострикції виникають нелінійні ефекти, які впливають за допомогою світла на середу. До оптоакустіческім ефектів належить також загальна генерація акустичних коливань, які періодично повторюються в світлових імпульсах і обумовлені механічними змінними напругами, що з’являються в результаті теплового розширення при систематичному локальному нагріванні простору світлом.

Акустооптичні дифракція дозволяє фахівцям в сфері розробки нових пристроїв також вимірювати багато показників речовини:

  • коефіцієнт і швидкість поглинання звуку;
  • модулі пружності другого, третього і більш високих порядків;
  • пружно-оптичні постійні величини.

При поширенні в певному середовищі звукових хвиль і інтенсивності світлового променя модулі пружності вищих порядків отримують після вимірювання параметрів за допомогою бреггівськими дифракції.

В результаті виникають потужні амплітуди в хвилі, які прямо пропорційні нелінійним процесам пружності діючих порядків.

Ефекти акустооптичні взаємозв’язку широко використовуються при фізичних і наукових дослідженнях, так і в техніці. Дифракція світлового променя дає можливість дослідникам точно вимірювати локальні особливості УЗ-полів. За кутовим змінним діфрагованого світла реалізується на практиці спектральний склад акустичного заломлення і діаграма загальної спрямованості. Аналіз і моніторинг ефективності такого явища в різних матеріальних точках зразка допомагає легко відновити картину просторового поширення інтенсивності звуку.

Застосування акустооптичних явищ

Використовуючи акустооптичний метод в експериментах, можна візуалізувати електромагнітні поля і контролювати якість прозорих, фізичних матеріалів. Акустооптичні міцні фільтри дозволяють проводити хімічний аналіз середовища дистанційно. Крім того, пристрої, які використовуються в акустооптиці, надзвичайно ефективними і рентабельними для аналізу надвисоких радіосигналів.

Центральної областю застосування акустооптичних процесів є концепції оптичної обробки даних, включаючи елементи систем оптичного взаємодії і оптичні процесори.

Різноманітні використання акустооптичних пристроїв стають можливими завдяки багатогранності цього ефекту, за допомогою якого можливо ефективно маніпулювати всіма показниками світлової хвилі. Так акустооптичні пристрої допомагають керувати інтенсивністю і силою лазерного випромінювання, формою оптичного вектора просторі, фазою і поляризацією електромагнітної хвилі, а також спектральними особливостями і просторовим складом оптичних пучків.

Типи акустооптичних приладів

На базі ефектів рефракції і дифракції світлового променя створюються потужні оптичні елементи, що управляють усіма параметрами оптичного вектора і обробляють інформацію, носієм якої виступає світлова та звукова хвилі. Основу таких приладів складає акустооптичні осередок, що складається з робочого, матеріального тіла, де відбувається тісна взаємодія світла з УЗ-хвилею, і самого випромінювача.

На даний момент існують такі види акустооптичних пристроїв:

  • Акустооптичні модулятори – спеціальні прилади, комплексно керуючі інтенсивністю і реалізацією світлових пучків на базі перерозподілу внутрішньої енергії між дифрагованим і проходять світловим променем. Зазвичай застосовується модуляція діфрагованого світла. Ці прилади дозволяють при максимальній простоті своїх конструкцій проводити такі складні операції, як паралельна обробка відомостей в надшвидкісних процесорах.
  • Акустооптичні сканери і дефлектори – механізми для управління кінцевого напрямком світлового променя в певному просторі. Сканери здійснюють безперервну розгортку променя; в дефлектори є набір фіксованих показників, за якими може відхилятися вектор світла.
  • Акустооптичні фільтри – агрегати, які допомагають виділити досить вузький інтервал довжин світлових хвиль з широкого спектру оптичного випромінювання світлових хвиль, повністю б відповідала умовам Брегга. Змінюючи частоту оптичного звуку, що виділяється інтервал можна переміщати по оптичному спектру в більш масштабних межах.
  • Компресори радіоимпульсів – здійснюють стиснення електричних і внутрішніх імпульсів.
    Акустооптичні процесори – служать базою для розробки високошвидкісних пристроїв обробки СВЧ-сигналів. В результаті проводиться обробка інформації в реальному масштабі часу.

Слід зазначити, що часто акустооптика розглядають як окрему дисципліну. Сучасна акустооптика тісно взаємопов’язана не тільки зі своїми «материнськими» підрозділами фізики – з оптикою і акустикою, але і з кристалофізики і іншими прикладними дисциплінами, такими як радіофізика і оптоелектроніка.

Посилання на основну публікацію