ИСТИНА

Акустооптический (АО) эффект, представляющий собой взаимодействие света и звука, был теоретически предсказан в 1922ом году Л.Н. Бриллюэном и экспериментально обнаружен спустя несколько лет Дебаем, Сирсом и Люка, Бикаром. Устройства, действие которых основано на этом эффекте, получили довольно широкое распространение, так как они компактны, надёжны, работают при малых управляющих мощностях и напряжениях [1]. Однако есть и нерешенные задачи, среди которых следует упомянуть снижение высокой стоимость АО устройств и увеличение точности расчёта их характеристик за счёт более полного анализа физических явлений. В данном обзоре рассматриваются основные типы АО приборов, а также обсуждается цикл выполненных автором работ, направленных на улучшение характеристик АО приборов. АО приборы позволяют управлять всеми характеристиками светового излучения. Дефлекторы изменяют направления распространения, модуляторы – интенсивность. Можно управлять поляризацией света и изменять его частоту. Изменение частоты с помощью АО взаимодействия применяется в высокостабильных лазерных системах. С помощью фильтров можно выделять из светового пучка изображение на заданной длине волны. Одной из проблем, препятствующих более широкому внедрению АО устройств, является их высокая стоимость. Она определяется современной технологией изготовления пьезопреобразователя и создания акустического контакта. Эти операции включают в себя ручной труд высококвалифицированных оптиков, что не позволяет наладить серийное производство. В качестве альтернативы был рассмотрен способ возбуждения объёмной акустической волны, предложенный К.Н. Баранским в 1957 году. Способ основан на использовании собственного пьезоэффекта акустооптического кристалла. Нами были рассмотрены кристаллы парателлурита [2] и ниобата лития [3]. Ниобат лития является уникальным пьезоэлектриком, в то время как парателлурит обладает рекордным акустооптическим качеством. Как показано на рис. 1 а), б), возбуждение объёмных акустических волн осуществлялось системой электродов. Наиболее неожиданный результат данной работы приведён на рис. 1 в). Видно существенное несовпадение отношений эффективности дифракции, полученных теоретически (фрагменты кривых 1а, 1б) и экспериментально (фрагменты кривых 2а, 2б и 3а, 3б). Из проведённых экспериментов был сделан вывод о влиянии структуры акустического поля на поляризационные характеристики АО-взаимодействия в ниобате лития [3]. а) б) в) рис.1. АО ячейки с поверхностным возбуждением объёмной акустической волны: а) парателлурит, б) ниобат лития. Отношение эффективностей дифракции ортогональных поляризаций для ячейки ниобата лития в): 1а, 1б – теория; 2а, 2б – встречно-штыревой преобразователь; 3а, 3б – пластинчатый пьезопреобразователь Вычисление структуры акустического поля в анизотропной среде важно для акустооптики, так как многие акустооптические материалы обладают чрезвычайно сильной анизотропией акустических свойств. Анизотропия влияет как на структуру акустического поля, приближая или удаляя дальнюю зону дифракции, так и на эффективность возбуждения пучков, распространяющихся в разных направлениях. Для моделирования процессов возбуждения и распространения акустического поля в анизотропном кристалле предложен метод, основанный на представлении поля в виде суперпозиции плоских волн. Для вычисления характеристик этих волн и их группировки используются методы, характерные для теории поверхностных волн. Это позволят как построить эффективную численную схему, так и учесть вклад неоднородных волн. Методика была отработана на широко используемых в АО срезах кристалла парателлурита. Полученные по ней зависимости угла сноса от угла среза кристалла совпали с аналогичными зависимостями, полученными по известным аналитическим выражениям. 422 На рис. 2 приведены результаты расчёта по предложенной методике. а) б) рис.2. а) заданная плотность силы, действующей на кристалл, б) значения интенсивности акустической волны в разных точках пространства. Парателлурит, f=100МГц, сторона картинки – 5 см, направление распространения – [110], сила действует вдоль [001], глубина 3 см Работа выполнена при поддержке грантов РФФИ 12-02-31036 мол_а, РФФИ 12-02-33122 мол_а_вед, РФФИ 12-02-01302-а, РФФИ 12-07-00633-а. Список публикаций: [1] В.И.Балакший, В.Н.Парыгин, Л.Е.Чирков. Физические основы акустооптики, Радио и связь, Москва, 1985. [2] В.Б. Волошинов, П.А. Никитин, А.С. Трушин, Л.Н. Магдич. // Письма в ЖТФ, 37(16):22–28, 2011. [3] А.С. Трушин, А.В. Муромец. // Радиотехника и электроника, 58(4), 2013