Մասնակից:Manukha26/ավազարկղ

Ակուստաօպտիկա

Ակուստաօպտիկա - դա ֆիզիկայի բաժին է, որը ուսումնասիրում է օպտիկական (լուսային) և ակուստիկ ալիքների (ձայնային ալիքների) փոխազդեցությունը և դրա հիման վրա ստեղծված և աշխատող արդյունաբերական ու գիտահետզոտատկան սարքեր, որոնք հիմնված են այդ երևույթի վրա: Ցանկացած ակուստա-օպտիկ սարքում ակուստա-օպտիկ երևույթը առաջանում է էլեկտրաակուստիկ ձևափոխիչի միջոցով: Այսպիսով, ակուստաօպտիկ սարքերը ղեկավարվում են բարձր հաճախականությամբ էլեկտրական ազդանշանների օգնությամբ, որոնք ձևավորվում են համապատասխան էլեկտրական սարքավորումներով:

Դիֆրակցիոն պատկերը ակուստա-օպտիկ էֆեկտի առկայության դեպքում:

Ակուստաօպտիկայի հիմնական երևութները:

• Լույսի դիֆրակցիան գերձայնում (ակուստաօպտիկ դիֆրակցիա):
• Լուսի ռեֆռակցիան գերձայնային միջավայրում (ակուստաօպտիկ ռեֆռակցիա):
• Թույլ ակուստիկ ալիքների ոժեղացում` նրանց գենեռացնող ուժեղ օպտիկական ալիքի ազդեցության տակ (ֆոտոակուստիկ երևությներ ):

Հետևաբար, ֆիզիկայի բաժինը, որը ուսումնասիրում է ակուստիկ ալիքների գրգռվածությունը օպտիկական ալիքի ազդեցության տակ կոչվում է ֆոտո-ակուստիկա կամ օպտոակուստիկա: Նյութի օպտիկական հատկությունները փոխվում են ձայնային ալիքի հաճախականության հետ: Այսինքն այդպիսի պարբերությունը ավելի դանդաղ է լույսի էլեկտրոմագնիսական տատանման պարբերությանից: Կախված ընկնող օպտիկական փնջի d և ձայնային L ալիքի երկարության լայնակի չափերից, լուսի տարածումը այդ նյութում ուղեկցվում է կամ ակուստա-օպտիկ ռեֆռակցիայով, կամ ուլտրաձայնում` լույսի դիֆրակցիայով: Լույսի դիֆրակցիան իրականանում է ոչ միայն ձայնային ալիքի տիրույթում, այլ նաև ակուստիկ ֆոնոների տիրույթում, որի հետևանքով առաջանում է լույսի և ակուստիկ ալիքի հաճախականության շեղում դեպի վերև կան ներքև (Մանդելշտամ-Բրիլույենի ցրում): Ակուստա-օպտիկ փոխազդեցությունը բերում է օպտիկական ռեֆրակցիայի և դիֆրակցիոն երևույթների միայն ցածր օպտիկական ճառագայթման ժամանակ: Ուժեղացնելով լույսի ինտենսիվությունը սկսում են գործել ճառագայթման ոչ գծային էֆեկտներ միջավայրում: Ակուստաօպտիկ էֆեկտների փոխազդեցությունը թույլ է տալիս չափել լույսի դիֆրակցիոն ուլտրաձայնային դաշտի լոկալ բնութագրիչները: Դիֆրակցիայի էֆեկտիվության վերլուծությունը թույլ է տալիս կառուցել լույսի ինտեսիվության բաշխման տարածական պատկերը: Մասնավորապես ակուստաօպտիկ էֆեկտի հիման վրա կարողանում ենք տեսանելի դարձնել ձայնային տատանումները: Բրեգի դիֆրակցիայի օգնությամբ կարելի է ստանալ ինֆորմացիա ալիքների սպեկտրալ, անկյունային և ակուստիկ ֆոնոների տարածական բաշխման մասին: Այս մեթոդը թույլ է տալիս ուսումնասիրել ֆոնոնային անկայունությունը կիսահաղորդիչներում` պայմանավորված լիցքերի գերձայնային խոտորումամբ (ակուստաէլեկտրոնային փոխազդեցություն): Z- առանքի երկայնքով ձայանային ալիքը տաևածվելիս` միջավայրի բեկման ցուցիչը փոխվում է հետևյալ բանաձևով

$(1)\ n(z,t)=n+\Delta n\cos(\omega t-kz)\,$

որտեղ n- միջավայրի բեկման ցուցիչը մինչև գրգռումը, ω – անկյունային հաճախականությունը, k- ալիքային թիվը, Δn- միջավայրի բեկման ցուցիչի ամպլիտուդը` պայմանվորված առաջացած ակուստիկ ալիքով : Գրգռված միջավայրի բեկման ցուցիչը առաջացնում է միջավայրում դիֆրակցիոն ցանց, որի տատանումները կախաված են միջավայրում անցնող ակուստիկ ալիքի արագությունով: Լույսը բեկվելով այդ դիֆրակցիոն ցանցից առաջացնում է դիֆրակցիոն պատկեր, որի նկարը բերված է սկզբնամասում: Քանի որ, դիֆրակցիոն ցանցը կախված է ընկնող լոյսի անկյունից, ապա

$(2)\ \Lambda \sin(\theta _{m})=m\lambda \,$

$(3)\ \Delta n=-{\frac {1}{2}}n^{3}\ \Delta B\,$

որտեղ $\lambda$ - օպտիկական լույսի ալիքի երկարությունը, $\Lambda$ - ձայնային ալիքի երկարությունը, $m$ - առավելագույն կարգի թիվը, $\Delta B$ - ֆոտոառաձկանության թիվը: Աակուստիկ և լուսային ալիքների միախառնումից առաջանում է երկու սեսակի դիֆրակցիա` Ռաման-Նաթի և Բրեգի : Ռաման-Նաթի դիֆրակցիան դիտվում է 10 Մհց -ից ցածր հաճախականությունների դեպքում, երբ ակուստիկ ալիքը տարածվում է 1 սմ կարգի չափեր ունեցող միջավայրում: Այս դիֆրակցիան դիտվում է ցանկացած լայսային ճառագայթի անկման դեպքում $\theta _{m}$ : Բրեգի դիֆրակցիան սովորաբար դիտվում է 100 Մհց բարձր հաճախականություների դեպքում: Այդ երևույթի ժամանակ դիտվում են երկու դիֆրակցիոն մակսիմում` առաջի և երկրորդ կարգի: Այդ դիֆրակցիոն մակսիմումները առաջանում են միայն Բրեգի անկյունի դեպքում $\theta _{B}$: Բրեգի անկյունը հաշվարկում ենք հետևյալ բանաձևով

$(5)\ \sin \theta _{B}=-{\frac {\lambda f}{2n_{i}\nu }}\left[1+{\frac {\nu ^{2}}{\lambda ^{2}f^{2}}}\left(n_{i}^{2}-n_{d}^{2}\right)\right],$

որտեղ $\lambda$ - ընկնող լույսի ալիքի երկարությունն է , $f$ - ակուստիկ ալիքի հաճախականությունն է , $v$ - ակուստիկ ալիքի արագությունն է, $n_{i}$ - լուսի բեկման ցուցիչը միչև դիֆրակցիոն երևույթի առաջացումը, $n_{d}$ - լուսի բեկման ցուցիչը դիֆրակցիոն երևութից հետո:

Ակուստաօպտիկայիի երևութները օգտագործումը

Ակուստաօպտիկ երևութները օգտագործվում են գիտական հետազոտություններում և տեխնիական սարքերում: Մասնավորապես կարելի տեսանելի դարձնել ակուստիկ դաշտը և վերահսկել թափանցիկ նյութերի որակը: Բացի դրանից ակուստա-օպտիկ սարքերը թույլ են տալիս գերհաճախանային ռադիոազդանշանների հետազոտումը: Այս սարքերը մեծ կիռառում ունեն օտիկական ինֆորմացիայի վերամշակման համակարգերում, օպտիկական կապ և օպտիկական պրոցեսոներներում : Օպտիկական ալիքի բնութագրիչների արագ փոփոխություն հնարավորություն է տալիս լայն կիռարել ակուստա-օպտիկ սարքերը:

Ակուստաօպտիկ սարքերի դասակարգում

• Ակուստաօպտիկ մոդուլյատոր — թույլ է տալիս ղեկավարել օպտիկական ճառագայթման ինտենսիվությունը;
• Ակուստաօպտիկ դեֆլեկտոր — շեղում է օպտիկական ճառագայթը որոշ անկյունով;
• Ակուստաօպտիկ ֆիլտեր;
  • ֆիլտր ըստ ալիքի երկարություն -ով — բաց է թողնում օպտիկական ճառագայթման հատուկ հաճախականություն;
  • ֆիլտր ըստ տարածական հաճախականություն-ով — ղեկավարում է օպտիակական ճառագայթի տարածական կազմվածքը (բաց է թողնում օպտիկական ճառագայթման հատուկ տարածական հաճախականությունը);
• Էլեկտրական ազդանշանների անալիզատոր;
  • Ակուստաօպտիկ ռադիո ազդանշանի սպեկտրի անալիզատոր;
  • Ռադիոազդանշանների փուլի անալիզատոր;
• Ղեկավարվող հապաղման սարքեր — ակուստա-օպտիկական ազդանշանի արհեստական հապաղումը որոշ ժամանակով;
• Ռադիոազդանշանի սեղմիչ — կատարում է էլեկտրական ազդանշանի սեղմում;
• Ակուստաօպտիկ պրոցեսորներ — կատարում են մաթեմաթիկական գործողություններ ակուստիկ և օպտիկ ազդանշանների հետ;
• Ակուստա օպտիկ համարգի էլեմենտների սկզբնաղբյուր — բիստաբիլ և մուլտիստաբիլ համակարգեր (դիոդ, տրիգեր);

Ակուստաօպտիկային կից բաժիններ

Պետք չէշփոթել ակուստաօպտիկան և օպտո-ակուստիկան :Դրանք ֆիզիկայի առանձին բաժիններ են: Ժամանակակից ակուստաօպտիկան սերտորեն կապում է ֆիզիկայի հիմնական բաժինների հետ - ակուստիկայի և օպտիկայի, բյուրեղագիտություն (ուսումնասիրում է ակուստո-օպտիկ փոխազդեցությունը բյուրեղներում ), նաև կիռարական բաժիների հետ, ինչպիսին են օպտոէլեկտրոնիկան և ռադիոֆիզիական. Ակուստաօպտիկ սարքերում տեղի է ունենում ակուստիկ ազդանշանի ձևափոխումը օպտիկական ազդանշանի, իսկ օպտոակուստիկայում - հակառակը:

Բյուրեղանյութեր

Ակուստաօպտիկական սարքերը պատրաստվում են հետևյալ բաղադրանյութերից — հալեծված կվարց, թելլուրի երկոքսիդ,կապարի բրոմիդ և այլ նյութեր:

Գրականություն

1. Мустель Е. Р., Парыгин В. Н. Методы модуляции и сканирования света, — М.: Наука, 1970.
2. Балакший В. И., Парыгин В. Н., Чирков Л. Е., Физические основы акустооптики, — М.: Радио и связь, 1985.
3. Ярив А., Юх П., Оптические волны в кристаллах, — пер. с англ., М.: 1987.
4. Задорин А. С., Шандаров С. М., Шарангович С. Н., Акустические и акустооптические свойства монокристаллов, — Томск: Томский гос. университет, 1987.
5. Бондаренко В. С., Зоренко В. П., Чкалова В. В., Акустооптические модуляторы света, — М.: 1988.
6. Гусев О. Б., Кулаков С. В., Разживин Б. П., Тигин Д. В., Оптическая обработка радиосигналов в реальном времени, — М.: Радио и связь, 1989.
7. Xu J. and Stroud R., Acousto-optic devices, — New York, Wiley, 1992. ISBN 0-471-61638-9
8. Корпел А., Акустооптика, — пер с англ., М.: Мир, 1993 (оригинал: Korpel A. / Acousto-optics, — N.Y. and Basel: Marcel Dekker, Inc., 1988). ISBN 5-03-002598-7
9. Goutzoulis A. P. and Pape D. R., Design and fabrication of acousto-optic devices, — New York, Marcel Dekker, 1994.
10. Хименко В. И., Тигин Д. В., Статистическая акустооптика и обработка сигналов, — СПб.: Изд-во С.-Петербургского ун-та. 1996. ISBN 5-288-00929-5
11. Парыгин В. Н., Балакший В. И., Волошинов В. Б. Электрооптика, акустооптика и оптическая обработка информации на кафедре физики колебаний МГУ, — Радиотехника и электроника, 2001, т. 46, № 7, С. 775—792.
12. Задорин А. С. Динамика акустооптического взаимодействия, — Томск: Томский гос. университет, 2004. ISBN 5-94621-096-3