А. С. ВОЛОШИН, В. И. БАЛАКШИЙ, В. Я. МОЛЧАНОВ1

Московский государственный университет им. М. В. Ломоносова

1Национальный исследовательский технологический университет «МИСиС»

ОСОБЕННОСТИ АКУСТООПТИЧЕСКОЙ ДИФРАКЦИИ СВЕТОВЫХ ПУЧКОВ В КРИСТАЛЛАХ
С СИЛЬНОЙ АКУСТИЧЕСКОЙ АНИЗОТРОПИЕЙ

На примере кристалла парателлурита теоретически и экспериментально исследовано влияние акустической анизотропии на характеристики дифракционного спектра акустооптического взаимодействия. Показано, что снос энергии акустического пучка может существенно (в несколько раз) изменить ширину углового и частотного диапазонов взаимодействия, что заметно сказывается на характеристиках акустооптических приборов. Для разных срезов кристалла выполнен расчет передаточных функций взаимодействия и интегральной эффективности дифракции ограниченных световых пучков. Представлены экспериментальные результаты исследований с ячейкой из кристалла парателлурита.

Эффект акустооптического (АО) взаимодействия широко используется для создания устройств управления световыми пучками и оптической обработки информации [1]. Такие устройства акустооптики, как модуляторы, дефлекторы, фильтры и др., находят применение не только в физических исследованиях, но также и в контрольно-измерительной технике, экологии, медицине, военном деле и других областях человеческой деятельности.

В настоящее время в акустооптике широко используются кристаллы, отличающиеся сильной анизотропией акустических свойств, такие как парателлурит (TeO2), каломель (Hg2Cl2), ниобат лития (LiNbO3) и др. Акустическая анизотропия может давать как положительные, так и отрицательные эффекты. Одним их таких эффектов является снос звуковой энергии, означающий, что направление вектора волновой нормали акустической волны отличается от направления потока энергии [2]. Например, в парателлурите, одном из основных кристаллов современной акустооптики, угол сноса достигает [3,4]. Это означает, что угол между штрихами фазовой решетки, созданной акустической волной, и плоскостью решетки равен 16° вместо обычных 90°.

НЕ нашли? Не то? Что вы ищете?

В данной работе получено общее решение дифракционной задачи АО взаимодействия в среде с сильным сносом акустической энергии, справедливое как при изотропной, так и анизотропной дифракции света [5-7]. Численный расчет выполнен для различных срезов кристалла парателлурита в плоскости , которая обычно используется в АО приборах. Показано, что акустический снос может существенно менять угловые, частотные и спектральные характеристики дифракции. При этом угол сноса не меняет условие Брэгга, а сказывается на эффективности дифракции (из-за изменения длины пути светового луча в акустическом поле) и на ширине углового и частотного диапазона АО взаимодействия (через фазовую расстройку). Сужение диапазона взаимодействия из-за сноса акустического пучка может достигать нескольких раз. Это говорит о том, что снос пучка необходимо учитывать при разработке АО устройств.

Исследовано влияние акустического сноса на передаточные функции АО взаимодействия. Установлено, что в диапазоне углов Брэгга до снос приводит к уменьшению интегральной эффективности дифракции. Отрицательный снос сказывается сильнее, особенно в области больших углов Брэгга. А при углах, больших , положительный снос дает эффективность дифракции даже большую, чем в отсутствии сноса.

Эксперименты, выполненные с АО ячейкой, изготовленной из -го среза парателлурита с углом сноса , подтвердили выявленные закономерности.

Работа выполнена при поддержке Российского Фонда фундаментальных исследований, гранты № , №  и № , а также Фонда "Династия" по стипендиальной программе поддержки молодых ученых.

Список литературы

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

2. Дьелесан Э., Руайе Д. Упругие волны в твердых телах. М.: Наука, 1982.

3. 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.

4. Балакший В. И., Манцевич  акустических пучков в кристалле парателлурита. Акустический журнал. 2012. Т.58. №5. С.600-609.

5. Волошин А. С., Балакший  света на наклонных фазовых решетках в анизотропной среде. Ученые записки Казанского университета, сер. Физико-математические науки. 2010. Т.152. №3. С.64-71.

6. Балакший В. И., Волошин  взаимодействие в кристаллах с большой акустической анизотропией. Оптика и спектроскопия. 2011. Т.110. №5. С.840-846.

7. Волошин А. С., Балакший  акустической анизотропии на передаточные функции акустооптического взаимодействия. Труды 13-й Всероссийской школы-семинара "Физика и применение микроволн", секция 7. М.: МГУ, 2011. С.3-7.