Акустооптика физики, изучающий

Акустооптика
Акустооптика
оптических
и
-
раздел физики,
изучающий
взаимодействие
акустических волн (акустооптическое взаимодействие), а
также раздел техники, в рамках которого разрабатываются и исследуются
приборы,
использующие
акустооптическое
взаимодействие
(акустооптические приборы).
Управление характеристиками оптических пучков является одной из
основных задач фотоники. В современной науке и технике требуется
управлять такими характеристиками световых пучков, как амплитуда,
частота, поляризация, направление распространения и т.д. Особенно
актуальным является разработка методов управления светом с помощью
света, а также приборов управления светом с помощью электрических
сигналов. Исследованием данных приборов занимается оптоэлектроника.
Среди
множества
различных
оптоэлектронных
устройствах,
акустооптический
эффект.
одно
эффектов,
из
используемых
важнейших
Акустооптический
эффект
мест
-
это
в
занимает
явление
взаимодействия световых лучей с ультразвуковыми волнами. Вследствие
данного эффекта под действием акустической волны в среде формируется
периодическая фазовая структура, на которой происходит рассеяние света.
Первые акустооптические устройства позволяли работать лишь с
видимым и ближним инфракрасным светом. Поэтому одной из главных задач
современной акустооптики является освоение новых диапазонов длин волн.
Относительно недавно были разработаны приборы, предназначенные для
работы с ультрафиолетовым излучением. Пока остается слабо освоенным
диапазон дальнего инфракрасного излучения.
Практически в любом акустооптическом устройстве акустическая волна
возбуждается
с
преобразователя,
помощью
чаще
всего
того
или
иного электроакустического
пьезоэлектрического.
Таким
образом,
акустооптические приборы управляются с помощью электрических сигналов
(высокой частоты),
которые
вырабатываются
в
соответствующих
электронных блоках управления. Акустооптику в связи с этим считают
ветвью функциональной электроники.
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
волнм
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 (МандельштамаБриллюэна рассеяние). В спектре рассеянного излучения появляются пары
сдвинутых по частоте компонент Мандельштама-Бриллюэна, отвечающих
рассеянию света на продольных и поперечных акустических фононах.
Акустооптическое взаимодействие сводится к эффектам оптической
рефракции и дифракции лишь при низких интенсивностях оптического
излучения. С повышением интенсивности света все возрастающую роль
начинают играть нелинейные эффекты воздействия света на среду. Из-за
электрострикции и эффектов нагревания среды оптическим излучением в ней
возникают переменные упругие напряжения и генерируются звуковые волны
с частотами от слышимых до гиперзвуковых - т. н. оптоакустические или
фотоакустические явления.
Основные классы акустооптических приборов

Модуляторы —
позволяют
управлять
интенсивностью
оптического излучения.

Дефлекторы — отклоняют оптический луч на определенный
угол, а также осуществляют сканирование луча в пространстве.

Перестраиваемые фильтры:
 фильтры
длин волн оптического излучения, или спектральные
фильтры, пропускают оптическое излучение только в определенном
интервале
длин
волн,
при
этом
«окно»
пропускания
может
перестраиваться;
 фильтры
пространственных
частот
пространственной
структурой
определенные
пространственные
управляют
-
оптического
пучка
(пропускают
частоты
углового
спектра оптического излучения).

Развёртывающие устройства — позволяют считывать оптическое
изображение
построчно
и
преобразовывать
одноэлементного фотоприемника в
его
последовательность
с
помощью
электрических
сигналов.

Анализаторы электрических сигналов (радиосигналов):
 анализаторы
 измерители

спектра радиосигналов;
фазы радиосигналов.
Устройства регулируемой задержки — задерживают сигнал на
определенное
время,
длительность
которого,
в
отличие
от
твердотельных акустоэлектронных линий задержки, легко регулируется.

Компрессоры
радиоимпульсов —
осуществляют
сжатие
электрических импульсов.

Акустооптические процессоры — осуществляют те или иные
математические операции над оптическими и акустическими сигналами.
В частности:
 корреляторы
— вычисляют корреляцию двух сигналов;
 конвольверы
— выполняют математическую операцию свёртки
двух сигналов;
 матрично-векторные
процессоры —
выполняют
операции
линейной алгебры;

Акустооптические системы с обратными связями:
 системы
стабилизации оптических и электрических параметров
(например, системы стабилизации интенсивности оптического пучка);
 электронно-акустооптические
системы,
содержащие
в
элемента акустооптическое
генераторы — автоколебательные
качестве
основного нелинейного
устройство;
позволяют
получать
согласованные автоколебания электрических,
акустических
оптических
и
величин,
включая регулярные
и
стохастические
колебательные режимы;
 бистабильные
и мультистабильные системы — акустооптические
системы, характеризующиеся двумя или несколькими стабильными
состояниями,
определенном
между
которыми
внешнем
возможно
воздействии;
такие
переключение
системы
рассматривать как оптические аналоги электронных триггеров.
при
можно