Акустооптика

Акустооптическое взаимодействие

Акусто-оптические модуляторы света (АОМ)

Применения акустооптических явлений

Типы акустооптических приборов

Акустооптика – научная область на стыке физики и техники, охватывающая исследования взаимодействия электромагнитных и звуковых волн и закладывающая основы применения таких явлений на практике.

На современном этапе развития лазерной техники, оптики и оптоэлектроники взаимодействие звука и луча света используется, чтобы управлять когерентным световым излучением. Акустооптические устройства дают возможность специалистам руководить амплитудой, частотой, поляризацией сигнала, спектральным составом и последующим направлением распространения вектора света.

Акустооптические взаимосвязи выступают только как рефракционные и дифракционные эффекты лишь при крайне низком по интенсивности световом излучении. При повышении мощности света всё большее значение начинают приобретать нелинейные явления воздействия лучей света на среду. В силу явления нагревания среды и электрострикации преломления (оптического) в среде возникают упругие переменные напряжения и появляется звук частотой от слышимых до сверхзвуковых.

На нынешнем этапе развития наука признаёт основными акустооптическими явлениями:

• Акустооптическую дифракцию – дифракцию вектора света на ультразвуке.
• Акустооптическую рефракцию – рефракцию света при помощи ультразвуковых волн.
• Оптоакустические явления – усиление маломощных звуковых волн, также их возникновение в силу воздействия оптического поля высокой мощности.

На практике важной областью применения эффектов акустооптики выступают комплексные системы обработки информации. В них такие устройства обрабатывают постоянные СВЧ-сигналы в режиме реального времени.

Акустооптическое взаимодействие

Такое взаимодействие рассматривается в физике как явления дифракции и рефракции только при невысокой интенсивности светопреломления. Электрострикация вызывает нелинейные эффекты, воздействующие светом на среду. В число оптоакустических эффектов входит и общая генерация акустических колебаний. Они [колебания] с определённой частотой повторяются в импульсах света, а также обусловлены механическими переменными напряжениями, которые возникают из-за термического расширения при световом нагревании пространства.

Акустооптическая дифракция делает возможным измерять некоторые показатели вещества:

• Скорость поглощения звука;
• Коэффициент поглощения звука;
• Упруго-оптические постоянные величины;
• Модули упругости второго и выше порядков.

Модули упругости высших порядков также получают, измерив показатели с использованием брэгговской дифракции. Это свойственно при распространении в определённой среде звука и интенсивности света.

Как результат в волне появляются мощные амплитуды. Они имеют прямую пропорциональность нелинейным процессам упругости.

Акустооптическая взаимосвязь достаточно часто применяется в научных исследованиях и технике. Точные измерения УЗ-полей позволяет осуществить дифракция света. Разбор и отслеживание эффективности этого явления в разнообразным наименьших материальных объектах образца обеспечивает относительно лёгкое восстановление схемы распространения интенсивности звуковой волны в пространстве.

Акусто-оптические модуляторы света (АОМ)

Акустооптический модулятор (АОМ) – прибор для отклонения пучка света при помощи дифракции на создаваемой в стекле из-за пространственной модуляции показателя преломления акустической волной решётке.

Применения акустооптических явлений

Сделать видимыми электромагнитные поля и отслеживать качество физических материалов позволяет использование акустооптического метода. Акустооптические фильтры помогают дистанционно анализировать среду (химический анализ). Помимо этого, применяемые в акустооптике приборы крайне эффективны при анализе сверхвысоких радиосигналов.

Идеи оптического изменения и преобразования данных, оптические процессоры и концепции оптического взаимодействия – главная научная область использования акустооптических процессов.

Широкое применения приборов, построенных на принципах акустооптики, обуславливается разнообразности того эффекта, который позволяет управлять показателями волны световых частиц. Акустооптические устройства обеспечивают возможность управлять силой и интенсивностью лазерного излучения, спектральными свойствами и пространственным составом оптических пучков, поляризацией электромагнитной волны, фазой электромагнитной волны, формой оптического вектора.

Типы акустооптических приборов

В основе этих приборов находится акустооптическая ячейка. Она состоит из излучателя и материального (рабочего) тела, где и взаимодействует свет и УЗ-волна. Базируясь на эффектах рефракции и дифракции луча света, происходит создание оптических элементов, которые ведают параметрами оптического вектора, анализируют поступающие сведения (их источником или, вернее сказать, носителем является волна – звуковая или световая).

В настоящее время созданы следующие акустооптические устройства:

• Акустооптические процессоры. Они – основа для проектирования и создания высокоскоростных приборов анализа СВЧ-сигналов. Выполняют обработку сведений в реальном масштабе времени.
• Акустооптические фильтры. Эти приспособления обеспечивают возможность выявить всецело соответствующий условия Брэгга узкий интервал длин световых волн из спектра излучения.
• Компрессоры радиоимпульсов. С их помощью выполняется сжатие внутренних и электрических импульсов.
• Акустооптические дефлекторы, сканеры. Такой вид акустооптических приборов применяются для манипуляции конечным направлением луча света в пространстве. Сканерами обеспечивается постоянная развёртка луча; дефлектор содержит совокупность установленных показателей, исходя из которых возможно отклонение вектора света.
• Акустооптические модуляторы. Подобные устройства были созданы для совокупного управления интенсивностью и итоговым созданием световых пучков на основе перераспределения энергии между световыми лучами – проходящим и дифрагированным. Чаще используется модуляция дифрагированного света. Акустооптические модуляторы, будучи очень простыми по своей конструкции, обеспечивают проведение сложнейших действий, например, параллельный анализ информации в сверхскоростных процессах.

Важно знать, что нередко акустооптику представляют самостоятельной дисциплиной. Акустооптиканаших дней имеет сильную связь не только с заложившими её основы разделами физики – оптикой, акустикой – но и с кристаллофизикой и иными прикладными дисциплинами (оптоэлектроника, а также радиофизика и др.).