В. Б. ВОЛОШИНОВ, Е. А. ДЬЯКОНОВ, Н. В. ПОЛИКАРПОВА

Московский государственный университет им. М. В. Ломоносова

ПОПЕРЕЧНОЕ АКУСТООПТИЧЕСКОЕ ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ С КОЛЛИНЕАРНЫМ РАСПРОСТРАНЕНИЕМ ДИФРАГИРОВАННОГО СВЕТА И УЛЬТРАЗВУКА

Представлены результаты теоретического и первого экспериментального исследования смешанного режима акустооптического взаимодействия, при котором падающий световой пучок распространяется под углом Брэгга ортогонально акустическому столбу, а дифрагированный световой пучок ориентирован вдоль потока акустической энергии. Рассматриваются особенности смешанного режима дифракции, реализованного в кристалле парателлурита, и возможности его применения в акустооптических устройствах.

Акустооптический эффект (АО) широко используется в современной оптоэлектронике, лазерной технике и оптической обработке информации для управления световыми пучками [1]. В настоящее время в акустооптике успешно применяются кристаллы с большой оптической и сильной акустической анизотропией физических свойств. Известно, что в кристаллах могут реализоваться два основных случая дифракции света на звуке: поперечное и коллинеарное взаимодействие [1]. При изотропной поперечной дифракции падающий и дифрагированный световые пучки распространяются под углом Брэгга к акустическому волновому фронту. Обычно этот угол мал, поэтому пучки приблизительно ортогональны акустическому столбу. При коллинеарном взаимодействии световые пучки и ультразвук направлены либо в одну строну, либо навстречу друг другу. В настоящее время коллинеарное взаимодействие реализуется только в оптически анизотропных кристаллах, так как в оптически изотропной среде эффект может быть реализован лишь на очень высоких частотах гиперзвука f, при которых затухание акустических волн делает дифракцию невозможной [1].

НЕ нашли? Не то? Что вы ищете?

Существование кристаллов с большой акустической анизотропией и углами между фазовой и групповой скоростью порядка десятков градусов [2], позволило предсказать существование ещё одного случая дифракции: «смешанного» АО взаимодействия [3]. При смешанном режиме дифракции световой пучок падает на оптически изотропную среду под углом Брэгга ортогонально акустической волне, поэтому дифракция является поперечной. С другой стороны, дифрагированный пучок распространяется к под углом , равном углу Брэгга . Однако при этом дифрагированный пучок коллинеарен потоку акустической энергии, так как угол дифракции зависит от угла акустического сноса и равен [3].

До последнего времени реализация смешанного типа дифракции была невозможна из-за высоких акустических частот . Анализ показал, что предложенный в работах [4, 5] вариант смешанного взаимодействия в кристалле каломели не реализуем именно из-за высокой частоты ультразвука f=400 МГц и чрезвычайно большого его затухания >40 дБ/см в данном материале.

Получены первые результаты наблюдения смешанной дифракции в АО эксперименте. Взаимодействие реализовано на длине волны света мкм в парателлурите при угле Брэгга и частоте ультразвука f=300 МГц. Результаты наблюдения хорошо согласуются с теоретическими выводами [6]. Рассматриваются особенности смешанного режима дифракции и возможности его использования в АО устройствах обработки информации, например, в перестраиваемых АО фильтрах.

Работа выполнена при поддержке Российского Фонда фундаментальных исследований, грант №  и гранта Президента РФ МК-1643.2011.8.

Список литературы

1. Балакший В. И., Парыгин В. Н., Чирков  основы акустооптики. М.: Радио и связь, 1985.

2. Voloshinov V. B., Polikarpova N. V. Acousto-optic investigation of propagation and reflection of acoustic waves in paratellurite crystal. Appl. Opt. 2009. V.48. №7. P. C55-C66.

3. Voloshinov V. B., Makarov O. Yu. Diffraction of light by ultrasound in acoustically anisotropic medium. Proc. SPIE. 1998. V.3581. P.108-117.

4. Tournois P. Design of acousto-optic programmable filters in mercury halides for mid-infrared laser pulse shaping. mun. 2008. V 281. P..

5. Maksimenka R., Tournois P. Mid-infrared high-frequency high-resolution reflective acousto-optic filters in mercury halides. mun. 2012. V.285. P.715-719.

6. Дьяконов Е. А., Волошинов  режим акустооптического взаимодействия в средах с упругой анизотропией. Сборник статей 15-й Международной научной школы «Когерентная оптика и оптическая спектроскопия». Казань: КГУ, 2011. С.62-65.