1tom - 0346.htm
41
УЗ сверхзвуковым дрейфом носителей заряда (см. Аку-апоэлектроипое взаимодействие},
Акустооптич. дифракция позволяет также измерять многие параметры вещества: скорость и коэфф, поглощения звука, модули упругости 2-го, 3-го и более высоких порядков, упругооптич. постоянные и др. величины. Так, из условия Брэгга по известным значениям частоты УЗ / и длины волны света А, и по измеренному углу 26в между падающим и дифрагированными световыми лучами определяют скорость звука: c3B=^//2 sin ЭБ (где 6в ≈ угол Брэгга). На основе полученных таким образом значений с3└ для разл. направлений рассчитывается полная матрица модулей упругости {Cj/, ki}. Коэфф. поглощения звука а можно найти, сравнивая интенсивности /г и /2 дифрагированного света, измеренные при двух положениях падающего светового луча, смещ╦нных друг относительно друга на расстояние а вдоль направления распространения звуковой волны:
При распространении в среде звуковых волн большой интенсивности данные О модулях упругости высших порядков получают измеряя с помощью брэгговской дифракции амплитуды возникающих в волне гармоник (см. Нелинейная акустика), к-рьге пропорциональны нелинейным модулям упругости соответствующих порядков .
Для исследования дисперсии скорости звука и коэфф. его поглощения на гиперзвуковых частотах используется рассеяние Мандельштама ≈ Бриллюэ-на. Пропуская через среду луч когерентного оптич. излучения и фиксируя угол рассеяния 6, можно из условий Брэгга по величине спектрального сдвига / компонент М анде лыптама ≈ Б рил люэна определить скорость звука сзв на данной частоте /, На основе измерений полуширины б/ компонент Мандельштама ≈ Бриллюэна определяется коэфф. поглощения а на этой частоте: сс= 2л; ∙ бу/сзв .
На основе оптоакустич. генерации звука создан метод фотоакустической спектроскопии для получения спектров онтич. поглощения веществ в разл. физ. состояниях. В этом методе коэфф. поглощения света измеряется по интенсивности звуковых колебаний, возбуждаемых периодически прерываемым светом. Напр., при периодич. нагреве газа в н╦м возникают звуковые колебания с амплитудой, пропорц. поглощ╦нной световой энергии. Меняя длину волны падающего света, можно получить фотоакустич. спектр вещества ≈ полный аналог спектра поглощения! измеряемого обычными методами. Достоинство фото-акустич. спектроскопии в высокой чувствительности метода, позволяющего получать спектры оптич. поглощения в широком диапазоне световых длин волн, включающем в себя как области сильного поглощения, так и области прозрачности; кроме того, этим методом измеряется только та часть энергии падающего излучения, к- рая действительно поглощается веществом, а рассеянное излучение никакого вклада не да╦т. Это позволяет исследовать спектры поглощения образцов с плохим качеством поверхности: порошков, рыхлых, пористых материалов, биол. объектов.
Акус то оптические устройства. На основе эффектов дифракции и рефракции света на УЗ создаются активные оптич. элементы, позволяющие управлять всеми параметрами светового луча, а также обрабатывать информацию, носителем к-рой являются как световая, так и звуковая волны. Основу таких устройств составляет акустооптич. ячейка (АОЯ), состоящая из рабочего тела (твердотельного образца или кюветы с жидкостью), в объ╦ме к-рого происходит взаимодействие света с УЗ-волной, и излучателя УЗ (обычно пьезоэлектрического преобразователя]. В зависимости от назначения имеется неск, типов акустооптич. при-
боров; дефлекторы, модуляторы, фильтры, процессоры и др.
Акустооптич. дефлекторы и сканеры≈ устройства для управления направлением светового луча н пространстве. Сканеры предназначаются для непрерывной разв╦ртки луча; в дефлекторе имеется набор фиксированных направлений, по к-рым должен отклоняться световой луч.
В дифракц. дефлекторе (рис. 1) луч света падает на АОЯ, в к-рой возбуждается звуковая волна частоты /ив результате брэгговской дифракции частично отклоняется. При изменении / меняется и угол
Рис, 1* Схема акустооптиче-сного дефлектора: 1 ≈ аку-стооптйческан ячейка; 2 ≈ излучатель ультразвука; 3 ≈
фотоприомное устройство;
∙ф ≈ максимальное угловое
перемещение луча.
отклонения дифрагированного луча и луч перемещается по экрану фотопри╦много устройства. Использование частотно-модулированных звуковых сигналов (см. Модуляция колебаний) позволяет управлять направлением светового луча. Чтобы изменить направление дифрагированного луча при неизменном угле падения света на АОЯ, необходимо одновременно с частотой менять и направление распространения звуковой волны, так чтобы условно Брэгга выполнялось повсюду внутри интервала Д/ звуковых частот ≈ т. н. полосы пропускания дефлектора. Д/ определяет и др. параметры прибора: макс. угл. перемещение луча
дифрагированного света
Л,
и разрешающую способность N, т. е. число различимых положений светового луча в пределах т|э. Разрешающая способность определяется величиной ч|э и угл, расходимостью 7опт светового пучка: -/У=1ф/7опт≈ ≈tpdA, где d ≈ поперечный размер светового пучка, Важной характеристикой устройств пространственного управления лучом является также эффективность дифракции т)=/1//0 ≈ отношение интенсивности 1г отклон╦нного света к интенсивности /0 падающего. В простейшем случае условия Брэгга выполняются благодаря расходимости акустич, пучка. Расходящийся пучок можно рассматривать как совокупность плоских волн, волновые векторы к-рых лежат внутри угл, интервала 72К- Для заданной частоты звука / дифракция будет происходить лишь на той компоненте пучка, для к-рой волновой вектор удовлетворяет условию Брэгга. При изменении / этому условию удовлетворяет уже др. компонента лучка. При использовании изотропного материала в качестве рабочего тела АОЯ ty≈ 2уйк ж 2A/Z), где D ≈. поперечный размер звукового пучка, Л ≈ длина волны звука. В соответствии с этим полоса пропускания Д/ и разрешающая способность N оказываются пропорциональными расходимости акустич. пучка;
Для дефлектора с высокой разрешающей способностью требуется значит, расходимость звукового пучка, а следовательно, его миним. ширина D. Уменьшение эффективности т), вызванное уменьшением длины акустооптич. взаимодействия, компенсируют увеличением вводимой акустич. мощности. Однако с увеличением N падает эффективность использования этой МОБЩОСТИ, т. к. на дифракцию света расходуется лишь i/N е╦ часть.
47
")
}
