Физический энциклопедический словарь - дифракция света на ультразвуке (акустооптическая дифракция).
Дифракция света на ультразвуке (акустооптическая дифракция).
Упругие деформации в звук. волне приводят к периодич. изменению показателя преломления и среды, в результате чего в среде возникает структура, аналогичная дифракционной решётке, с периодом, равным длине звук. волны . Если в такой структуре распространяется луч света, то в среде, помимо основного (0-го порядка), возникают дифракц. пучки света, характеристики к-рых — направление в пр-ве, поляризация и интенсивность — зависят от параметров звук. поля (частоты и интенсивности УЗ, толщины звук. пучка D), а также от угла 6, под к-рым падает свет на звук. пучок. В результате Доплера эффекта при рассеянии на движущейся решётке частота дифрагиров. света отличается от частоты падающего на величину частоты звука.
Интенсивность света в дифракц. максимуме определяется фазовыми сдвигами между волнами, приходящими в точку наблюдения из всех точек объёма вз-ствия. При произвольном 6 эффективность Д. с. на у. =Im/I0 мала (I0 и Im — интенсивности света в падающем пучке и в дифракц. пучке m-го порядка). Лишь при определённом световые волны, идущие из разл. точек области вз-ствия, оказываются синфазными и эффективность дифракции возрастает во много раз, т. е. возникает резонансная дифракция. Для неё характерна зависимость эффективности от длины L пути, пройденного светом в области акустооптич. вз-ствия (длины вз-ствия). При достаточно большой L интенсивность дифрагиров. света становится сравнимой с интенсивностью падающего.
Рис. 1. Схема дифракции Рамана — Ната.
Условия возникновения и характер резонансной Д. с. на у. зависят от соотношения между и , где — длина волны света. Для НЧ звука (от неск. десятков МГц и ниже), для к-рого справедливо условие L/2<<1, резонансная дифракция имеет место при норм. падении света на звук. пучок (т. н. дифракция Р а м а н а — Н а т а, рис. 1). При этом световая волна проходит сквозь звук. пучок, не отражаясь, а периодич. изменение n под действием УЗ приводит к периодич. изменению фазы прошедшей световой волны. В результате на выходе из акустич. пучка плоская световая волна оказывается модулированной по фазе: её волновой фронт становится гофрированным. Такая волна эквивалентна большому числу плоских волн, распространяющихся под малыми углами друг к другу. В соответствии с этим падаю-
173
щий световой луч разбивается на серию лучей, направленных под малыми углами 'm=m/ (m=0, ±1, . . .— порядок дифракции) к направлению падающего света. Энергия падающего излучения распределяется среди мн. порядков дифракции симметрично относительно проходящего света.
Резонансная дифракция на ВЧ звуке (на частотах гиперзвука), длина волны к-рого удовлетворяет условию L/2>1, наз. брэгговской дифракцией. Она возникает в изотропной среде, если свет падает на
Рис. 2. Схема дифракции Брэгга.
звук. пучок под т. н. углом Брэгга (рис. 2) Б=arcsin((1/2)(/)). В этом
случае отклонение света происходит только в 1-й порядок дифракции: в + 1-й для света, падающего в сторону, противоположную распространению звука, или в -1-й, если свет падает в сторону распространения звука. Объяснить дифракцию Брэгга можно тем, что падающая под углом к звук. решётке световая волна частично отражается от неё и интерференция отражённых лучей определяет интенсивность дифрагиров. света — она максимальна, если разность оп-
выходит из звук. пучка под углом '=б. Для фиксированной К существует предельная звук. частота fмакс= 2с/ (с — скорость звука), выше к-рой брэгговская дифракция невозможна. Эта частота отвечает отражению световой волны назад от звук. решётки.
В анизотропной среде брэгговская дифракция может происходить как с изменением поляризации у дифрагированного света, так и без него. В последнем случае картина дифракции аналогична картине брэгговской дифракции в изотропной среде. При дифракции с изменением поляризации брэгговский угол определяется не только соотношением длин волн света и звука, но и оптич. св-вами среды. Продифрагировавший свет выходит из звук. пучка под углом не равным брэгговскому. Дифракция света с данной длиной волны возможна на звук. волнах, частоты .к-рых ограничены не только сверху, но и
снизу: fмин<f<fмакс. Миним. значению частоты f1 соответствует коллинеарная дифракция, при к-рой световые лучи, как падающий, так и дифрагированный, параллельны и распространяются в одну сторону.
С помощью Д. с. на у. определяются хар-ки звук. полей (звук. давление, интенсивность звука и т. п.), измеряются поглощение и скорость УЗ, модули упругости 2-го и 3-го порядков, упругооптич. и магнитооптич. св-ва материалов. Д. с. на у. применяется в разл. устройствах акустооптики для модуляции и отклонения света, при акустооптич. обработке СВЧ сигналов, для приёма сигналов в УЗ-вых линиях задержки и др.
Дифракция света может происходить не только на вводимой извне звук. волне, но и на собственных упругих колебаниях конденсированных сред (тв. тел, жидкостей) — это т. н. Мандельштама — Бриллюэна рассеяние.
• Ультразвук, М., 1979 (Маленькая энциклопедия); Физическая акустика, под ред. У. Мэзона и Р. Терстона, пер. с англ., т. 7, М., 1974, гл. 5; Т а к е р Дж., Р э м п т о н В., Гиперзвук в физике твердого тела, пер. с англ., М., 1975; Гуляев Ю. В., Проклов В. В., Шкердин Г. Н., Дифракция света на звуке в твердых телах, «УФН», 1978, т. 124, в. 1, с. 61.
В. М. Левин.
Вопрос-ответ:
Похожие слова
Самые популярные термины
1 | 1384 | |
2 | 1053 | |
3 | 995 | |
4 | 944 | |
5 | 926 | |
6 | 829 | |
7 | 803 | |
8 | 802 | |
9 | 713 | |
10 | 711 | |
11 | 691 | |
12 | 638 | |
13 | 628 | |
14 | 615 | |
15 | 533 | |
16 | 525 | |
17 | 518 | |
18 | 502 | |
19 | 484 | |
20 | 480 |