У дисертаційній роботі розв’язана наукова задача, що полягає в розробці основ створення акустооптичних фільтрів, які мають одночасно підвищену роздільну здатність і ефективність, що досягається шляхом використання просторових складових другого порядку при дифракції світла на ультразвуковій хвилі під подвійним кутом Брега в одноосьових кристалах, а також у розробці рекомендацій при використанні в акустооптичних фільтрах обмежених хвильових пучків. Достовірність теоретичних положень, розроблених у дисертаційній роботі, підтверджується результатами фізичного експерименту, а також їхнім збігом у граничних випадках з відомими результатами. Дійсно, аналітичний вираз для просторової складової другого порядку при взаємодії світла з поперечною ультразвуковою хвилею в кристалі зводиться до відомого виразу для ізотропної взаємодії, коли . Достовірність результатів дослідження дифракції обмеженого світлового пучка на ультразвуковій хвилі підтверджується розглядом граничного випадку, коли його розміри істотно перевищують довжину ультразвукової хвилі. Експериментально показано, що величина дифракційної ефективності складової другого порядку при виконанні умов брегівського синхронізму залежить не тільки від величини відносної зміни коефіцієнта заломлення, але і від періоду дифракційної решітки, створеної ультразвуковою хвилею. Експериментально підтверджено, що в проміжному режимі взаємодії поблизу другого брегівського резонансу при певних значеннях частоти ультразвукових коливань і його амплітуди існують такі умови, за яких значення амплітуди дифракційної складової другого порядку максимальне. В роботі отримано такі основні результати: 1. Розв’язано задачу дифракції світла на поперечній ультразвуковій хвилі в одноосьових кристалах при кутах взаємодії, рівних подвоєному кутові Брега, у результаті чого отриманий аналітичний вираз для амплітуди просторової складової другого порядку. Він відрізняється від виразу, отриманого для ізотропної акустооптичної взаємодії множником . Множник визначає характер дифракції світлових хвиль з різною поляризацією і при різних двопроменезаломних властивостях використовуваних кристалів. Якщо як середовище взаємодії використовується кристал парателуриту, то при розглянутій геометрії взаємодії і виконанні умов брегівського синхронізму різниця в дифракційній ефективності для світлових хвиль з ортогональними поляризаціями може досягати 20 %. 2. Показано, що селективність складових других порядків більшою мірою залежить від поляризації світлової хвилі, ніж селективність складових перших порядків. Множники, що характеризують селективні властивості складових поля для ортогональних поляризацій першого порядку мають вигляд: і , а для складових другого порядку: і . Якщо як середовище взаємодії використовується кристал парателлуриту, то різниця в селективності складає приблизно 14% для складових поля першого порядку і 50% для складових другого порядку. Отже, зі зміною напрямку поляризації падаючої світлової хвилі величина роздільної здатності просторових складових других порядків дифракції зміняться більшою мірою, ніж перших. 3. Установлено, що в проміжному режимі взаємодії поблизу другого брегівського резонансу при певних значеннях частоти й амплітуди ультразвукової хвилі існують такі умови взаємодії, за яких амплітуда дифракційної складової другого порядку досягає максимальних значень, а першого порядку – мінімальних значень. Отримано аналітичні вирази, що дозволяють визначити параметри взаємодії, які забезпечують цей режим. 4. Розроблено методику побудови акустооптичних фільтрів, що забезпечує підвищення їхньої роздільної здатності й ефективності. Методика включає використання дифракції світла на ультразвуковій хвилі під подвійним кутом Брега в кристалах із високою акустооптичною якістю, а також вибір поляризації світлової хвилі, що забезпечує більшу селективність і дифракційну ефективність акустооптичної взаємодії. З метою підвищення ефективності і зменшення амплітуди ультразвукової хвилі, методика припускає використання проміжного режиму дифракції поблизу другого брегівського резонансу, що досягається шляхом зменшення довжини області взаємодії або частоти ультразвуку, а також здійснюється вибір частоти звукової хвилі і її амплітуди для зменшення величини просторової компоненти першого порядку дифракції. 5. Установлено, що при дифракції обмеженого світлового пучка на акустичному цугу малої тривалості інтегральна ефективність дифракції для складової другого порядку більшою мірою, ніж для першого, залежить від величини відношення кутової розбіжності світлового й ультразвукового пучків. Показано, що за умови рівності розбіжностей взаємодіючих пучків, інтегральна ефективність дифракції для складової першого порядку складає приблизно 0,8, а для другого - близько 0,5. Тому при створенні акустооптичних фільтрів на основі других порядків для одержання максимальної їхньої ефективності (коефіцієнта пропускання), розбіжність аналізованого світлового пучка повинна бути менше, ніж при використанні складових перших порядків. 6. З використанням методу безперервних дробів досліджена дифракція обмеженого світлового пучка на монохроматичній ультразвуковій хвилі. Підтверджено відоме положення, що полягає в тому, що якщо ширина світлового пучка сумірна з довжиною звукової хвилі або перевищує неї у скінчене число разів і умови взаємодії відрізняються від умов брегівського синхронізму, то відбувається додатковий кутовий зсув розсіяного світлового пучка як першого, так і нульового порядків. Отримані аналітичні вирази і побудовані на їхній основі графічні залежності дозволяють вивчати амплітудні і просторові властивості дифракційних складових і обґрунтувати вимоги до параметрів акустооптичної взаємодії (частоти ультразвуку і його амплітуди) при створенні акустооптичних пристроїв, що використовують обмежені світлові пучки. 7. Результати досліджень можуть знайти застосування при розробці акустооптичних фільтрів на основі просторових складових других порядків брегівської дифракції, що мають не тільки підвищену спектральну роздільну здатність, але і максимальну дифракційну ефективність. Дослідження дифракції обмеженого світлового пучка на ультразвуковій хвилі можуть бути використані при розробці й удосконалюванні акустооптичних пристроїв, де ширина світлового пучка сумірна з довжиною звукової хвилі, у тому числі й акустооптичних фільтрів. Це дозволяє визначити граничні значення частоти ультразвуку, виходячи з допустимих спотворень просторової структури пучка і його ширини. |
