Современные проблемы акустооптики

Лекционный курс для аспирантов, весенний семестр, 36 часов
Лекторы: проф. Балакший Владимир Иванович, доц. Волошинов Виталий Борисович

Программа курса

1. Основы кристаллографии

Элементы симметрии кристаллической структуры. Кристаллографические классы. Тензоры, описывающие свойства кристаллов. Влияние симметрии кристаллов на их свойства.

2. Оптика и акустика анизотропных сред

Волновые уравнения для оптических и акустических волн в кристаллах. Распространение плоских волн в анизотропных средах. Волновые моды, их поляризация. Формализм Джонса. Оптические и акустические оси, коническая рефракция. Поток энергии. Временная и пространственная дисперсия. Оптическая активность. Отражение и преломление плоских волн на границе кристалла. Особенности распространения в кристаллах волновых пучков и волновых пакетов. Волны в направляющих структурах.

3. Акустооптическое взаимодействие в изотропных средах

Феноменологическое описание фотоупругого эффекта. Основные виды дифракции света на звуке. Уравнения связанных мод. Квантово-механическое описание эффекта акустооптического (АО) взаимодействия. Векторные диаграммы. Эффект дополнительного фазового сдвига. Невзаимный эффект. Формализм Джонса при описании дифракции произвольно поляризованного света.

4. Акустооптическое взаимодействие в анизотропных средах

Тензор фотоупругости в кристаллах различных классов. Теория Нельсона-Лакса. Модификация уравнений связанных мод для анизотропных сред. Изотропная и анизотропная дифракция света. Пространственная структура АО фазового синхронизма. Влияние эффекта сноса акустической и световой энергии на характеристики АО дифракции.

5. Акустооптическое взаимодействие ограниченных волновых пучков

Спектральный метод решения дифракционных задач. Структура дифрагированного поля при разных значениях параметра Гордона. Особенности АО дифракции в сильном акустическом поле. Дифракция светового пучка на акустическом импульсе. АО ячейка как фильтр пространственных частот. Обработка изображений методом АО пространственной и спектральной фильтрации.

6. Планарная акустооптика

Поверхностные акустические волны (ПАВ) в кристаллах и слоистых структурах. Волны Рэлея, Лява, Гуляева – Блюстейна. Распространение света в планарных волноводах. Методы возбуждения ПАВ и ввода оптического излучения в волновод. Дифракция света при его прохождении или отражении от поверхности с ПАВ. Взаимодействие с ПАВ волноводных оптических мод. Приборы ПАВ-акустооптики.

7. Применение акустооптического эффекта в физических исследованиях

Оптическое зондирование акустических полей. Измерение скорости звука и его поглощение в разных частотных диапазонах. Применение АО дифракции при исследовании акустической нелинейности. АО визуализация акустических полей. АО томография. Управление параметрами световых пучков: АО модуляторы, дефлекторы, фильтры.

8. Методы возбуждения акустических волн в акустооптических устройствах

Пьезоэлектрический эффект в кристаллах различных классов. Коэффициент электромеханической связи. Пластинчатые возбудители ультразвука. Эквивалентные схемы пьезопреобразователей. Электрический импеданс и его зависимость от частоты. Расчет акустической мощности, коэффициента преобразования, амплитудной и фазовой структуры акустического поля для однородных и неоднородных преобразователей. Роль промежуточных слоев. Возбуждение ультразвука с поверхности пьезокристалла. Пленочные преобразователи для СВЧ диапазона. Встречноштыревые преобразователи для ПАВ. Широкополосное согласование излучателей ультразвука с генератором.

9. Современное состояние дел в акустооптике и перспективы ее развития