Ակուստաօպտիկա

Ակուստաօպտիկա, ֆիզիկայի բաժին, որն ուսումնասիրում է օպտիկական (լուսային) և ակուստիկ ալիքների (ձայնային ալիքների) փոխազդեցությունը և դրա հիման վրա ստեղծված և աշխատող արդյունաբերական ու գիտահետազոտական սարքեր, որոնք հիմնված են այդ երևույթի վրա։ Ցանկացած ակուստա-օպտիկ սարքում ակուստա-օպտիկ երևույթը առաջանում է էլեկտրաակուստիկ ձևափոխիչի միջոցով։ Այսպիսով, ակուստաօպտիկ սարքերը ղեկավարվում են բարձր հաճախականությամբ էլեկտրական ազդանշանների օգնությամբ, որոնք ձևավորվում են համապատասխան էլեկտրական սարքավորումներով։


== Ակուստաօպտիկայի հիմնական երևութները ==
Լույսի դիֆրակցիան գերձայնում (ակուստաօպտիկ դիֆրակցիա)։
Լուսի ռեֆռակցիան գերձայնային միջավայրում (ակուստաօպտիկ ռեֆրակցիա)։
Թույլ ակուստիկ ալիքների ոժեղացում՝ նրանց գեներացնող ուժեղ օպտիկական ալիքի ազդեցության տակ (ֆոտոակուստիկ երևույթներ)։ Հետևաբար, ֆիզիկայի բաժինը, որը ուսումնասիրում է ակուստիկ ալիքների գրգռվածությունը օպտիկական ալիքի ազդեցության տակ կոչվում է ֆոտո-ակուստիկա կամ օպտոակուստիկա։ Նյութի օպտիկական հատկությունները փոխվում են ձայնային ալիքի հաճախականության հետ։ Այսինքն այդպիսի պարբերությունը ավելի դանդաղ է լույսի էլեկտրոմագնիսական տատանման պարբերությանից։ Կախված ընկնող օպտիկական փնջի d և ձայնային L ալիքի երկարության լայնակի չափերից, լուսի տարածումը այդ նյութում ուղեկցվում է կամ ակուստաօպտիկ ռեֆռակցիայով, կամ ուլտրաձայնում՝ լույսի դիֆրակցիայով։ Լույսի դիֆրակցիան իրականանում է ոչ միայն ձայնային ալիքի տիրույթում, այլ նաև ակուստիկ ֆոնոների տիրույթում, որի հետևանքով առաջանում է լույսի և ակուստիկ ալիքի հաճախականության շեղում դեպի վերև կան ներքև (Մանդելշտամ-Բրիլույենի ցրում)։ Ակուստա-օպտիկ փոխազդեցությունը բերում է օպտիկական ռեֆրակցիայի և դիֆրակցիոն երևույթների միայն ցածր օպտիկական ճառագայթման ժամանակ։ Ուժեղացնելով լույսի ինտենսիվությունը սկսում են գործել ճառագայթման ոչ գծային էֆեկտներ միջավայրում։ Ակուստաօպտիկ էֆեկտների փոխազդեցությունը թույլ է տալիս չափել լույսի դիֆրակցիոն ուլտրաձայնային դաշտի լոկալ բնութագրիչները։ Դիֆրակցիայի էֆեկտիվության վերլուծությունը թույլ է տալիս կառուցել լույսի ինտենսիվության բաշխման տարածական պատկերը։ Մասնավորապես ակուստաօպտիկ էֆեկտի հիման վրա կարողանում ենք տեսանելի դարձնել ձայնային տատանումները։ Բրեգի դիֆրակցիայի օգնությամբ կարելի է ստանալ ինֆորմացիա ալիքների սպեկտրալ, անկյունային և ակուստիկ ֆոնոների տարածական բաշխման մասին։ Այս մեթոդը թույլ է տալիս ուսումնասիրել ֆոնոնային անկայունությունը կիսահաղորդիչներում՝ պայմանավորված լիցքերի գերձայնային խոտորումամբ (ակուստաէլեկտրոնային փոխազդեցություն)։ Z- առանքի երկայնքով ձայանային ալիքը տաևածվելիս՝ միջավայրի բեկման ցուցիչը փոխվում է հետևյալ բանաձևով
  
    
      
        (
        1
        )
         
        n
        (
        z
        ,
        t
        )
        =
        n
        +
        Δ
        n
        cos
        ⁡
        (
        ω
        t
        −
        k
        z
        )
        
      
    
    {\displaystyle (1)\ n(z,t)=n+\Delta n\cos(\omega t-kz)\,}
  որտեղ n- միջավայրի բեկման ցուցիչը մինչև գրգռումը, ω – անկյունային հաճախականությունը, k- ալիքային թիվը, Δn- միջավայրի բեկման ցուցիչի ամպլիտուդը՝ պայմանվորված առաջացած ակուստիկ ալիքով։ Գրգռված միջավայրի բեկման ցուցիչը առաջացնում է միջավայրում դիֆրակցիոն ցանց, որի տատանումները կախված են միջավայրում անցնող ակուստիկ ալիքի արագությունով։ Լույսը բեկվելով այդ դիֆրակցիոն ցանցից առաջացնում է դիֆրակցիոն պատկեր, որի նկարը բերված է սկզբնամասում։ Քանի որ, դիֆրակցիոն ցանցը կախված է ընկնող լույսի անկյունից, ապա

  
    
      
        (
        2
        )
         
        Λ
        sin
        ⁡
        (
        
          θ
          
            m
          
        
        )
        =
        m
        λ
        
      
    
    {\displaystyle (2)\ \Lambda \sin(\theta _{m})=m\lambda \,}
  
  
    
      
        (
        3
        )
         
        Δ
        n
        =
        −
        
          
            1
            2
          
        
        
          n
          
            3
          
        
         
        Δ
        B
        
      
    
    {\displaystyle (3)\ \Delta n=-{\frac {1}{2}}n^{3}\ \Delta B\,}
  որտեղ 
  
    
      
        λ
      
    
    {\displaystyle \lambda }
   - օպտիկական լույսի ալիքի երկարությունը, 
  
    
      
        Λ
      
    
    {\displaystyle \Lambda }
   - ձայնային ալիքի երկարությունը, 
  
    
      
        m
      
    
    {\displaystyle m}
   - առավելագույն կարգի թիվը, 
  
    
      
        Δ
        B
      
    
    {\displaystyle \Delta B}
   - ֆոտոառաձգականության թիվը։
Ակուստիկ և լուսային ալիքների միախառնումից առաջանում է երկու տեսակի դիֆրակցիա՝ Ռաման-Նաթի և Բրեգի։
Ռաման-Նաթի դիֆրակցիան դիտվում է 10 Մհց -ից ցածր հաճախականությունների դեպքում, երբ ակուստիկ ալիքը տարածվում է 1 սմ կարգի չափեր ունեցող միջավայրում։ Այս դիֆրակցիան դիտվում է ցանկացած լուսային ճառագայթի անկման դեպքում 
  
    
      
        
          θ
          
            m
          
        
      
    
    {\displaystyle \theta _{m}}
  ։ Բրեգի դիֆրակցիան սովորաբար դիտվում է 100 Մհց բարձր հաճախականություների դեպքում։ Այդ երևույթի ժամանակ դիտվում են երկու դիֆրակցիոն մաքսիմում՝ առաջի և երկրորդ կարգի։ Այդ դիֆրակցիոն մաքսիմումները առաջանում են միայն Բրեգի անկյունի դեպքում 
  
    
      
        
          θ
          
            B
          
        
      
    
    {\displaystyle \theta _{B}}
  ։ Բրեգի անկյունը հաշվարկում ենք հետևյալ բանաձևով

  
    
      
        (
        4
        )
         
        sin
        ⁡
        
          θ
          
            B
          
        
        =
        −
        
          
            
              λ
              f
            
            
              2
              
                n
                
                  i
                
              
              ν
            
          
        
        
          [
          
            1
            +
            
              
                
                  ν
                  
                    2
                  
                
                
                  
                    λ
                    
                      2
                    
                  
                  
                    f
                    
                      2
                    
                  
                
              
            
            
              (
              
                
                  n
                  
                    i
                  
                  
                    2
                  
                
                −
                
                  n
                  
                    d
                  
                  
                    2
                  
                
              
              )
            
          
          ]
        
      
    
    {\displaystyle (4)\ \sin \theta _{B}=-{\frac {\lambda f}{2n_{i}\nu }}\left[1+{\frac {\nu ^{2}}{\lambda ^{2}f^{2}}}\left(n_{i}^{2}-n_{d}^{2}\right)\right]}
  որտեղ 
  
    
      
        λ
      
    
    {\displaystyle \lambda }
   - ընկնող լույսի ալիքի երկարությունն է, 
  
    
      
        f
      
    
    {\displaystyle f}
   - ակուստիկ ալիքի հաճախականությունն է, 
  
    
      
        v
      
    
    {\displaystyle v}
   - ակուստիկ ալիքի արագությունն է, 
  
    
      
        
          n
          
            i
          
        
      
    
    {\displaystyle n_{i}}
   - լույսի բեկման ցուցիչը մինչև դիֆրակցիոն երևույթի առաջացումը, 
  
    
      
        
          n
          
            d
          
        
      
    
    {\displaystyle n_{d}}
   - լույսի բեկման ցուցիչը դիֆրակցիոն երևութից հետո։


== Ակուստաօպտիկայի երևութները օգտագործումը ==
Ակուստաօպտիկ երևութները օգտագործվում են գիտական հետազոտություններում և տեխնիկական սարքերում։ Մասնավորապես կարելի տեսանելի դարձնել ակուստիկ դաշտը և վերահսկել թափանցիկ նյութերի որակը։ Բացի դրանից ակուստա-օպտիկ սարքերը թույլ են տալիս գերհաճախանային ռադիոազդանշանների հետազոտումը։ Այս սարքերը մեծ կիրառում ունեն օտիկական ինֆորմացիայի վերամշակման համակարգերում, օպտիկական կապ և օպտիկական պրոցեսոներներում։ Օպտիկական ալիքի բնութագրիչների արագ փոփոխություն հնարավորություն է տալիս լայն կիրառել ակուստա-օպտիկ սարքերը։


== Ակուստաօպտիկ սարքերի դասակարգում ==
Ակուստաօպտիկ մոդուլյատոր — թույլ է տալիս ղեկավարել օպտիկական ճառագայթման ինտենսիվությունը,
Ակուստաօպտիկ դեֆլեկտոր — շեղում է օպտիկական ճառագայթը որոշ անկյունով,
Ակուստաօպտիկ ֆիլտր,
ֆիլտր ըստ ալիքի երկարություն-ով — բաց է թողնում օպտիկական ճառագայթման հատուկ հաճախականություն,
ֆիլտր ըստ տարածական հաճախականություն-ով — ղեկավարում է օպտիակական ճառագայթի տարածական կազմվածքը (բաց է թողնում օպտիկական ճառագայթման հատուկ տարածական հաճախականությունը),
Էլեկտրական ազդանշանների անալիզատոր,
Ակուստաօպտիկ ռադիո ազդանշանի սպեկտրի անալիզատոր,
Ռադիոազդանշանների փուլի անալիզատոր,
Ղեկավարվող հապաղման սարքեր — ակուստա-օպտիկական ազդանշանի արհեստական հապաղումը որոշ ժամանակով,
Ռադիոազդանշանի սեղմիչ — կատարում է էլեկտրական ազդանշանի սեղմում,
Ակուստաօպտիկ պրոցեսորներ  — կատարում են մաթեմատիկական գործողություններ ակուստիկ և օպտիկ ազդանշանների հետ,
Ակուստա օպտիկ համարգի էլեմենտների սկզբնաղբյուր — բիստաբիլ և մուլտիստաբիլ համակարգեր (դիոդ, տրիգեր)։


== Ակուստաօպտիկային կից բաժիններ ==
Պետք չէ շփոթել ակուստաօպտիկան և օպտո-ակուստիկան։ Դրանք ֆիզիկայի առանձին բաժիններ են։ Ժամանակակից ակուստաօպտիկան սերտորեն կապում է ֆիզիկայի հիմնական բաժինների հետ - ակուստիկայի և օպտիկայի, բյուրեղագիտություն (ուսումնասիրում է ակուստո-օպտիկ փոխազդեցությունը բյուրեղներում ), նաև կիրառական բաժիների հետ, ինչպիսին են օպտոէլեկտրոնիկան և ռադիոֆիզիական։ Ակուստաօպտիկ սարքերում տեղի է ունենում ակուստիկ ազդանշանի ձևափոխումը օպտիկական ազդանշանի, իսկ օպտոակուստիկայում - հակառակը։


== Բյուրեղանյութեր ==
Ակուստաօպտիկական սարքերը պատրաստվում են հետևյալ բաղադրանյութերից — հալեցված կվարց, թելլուրի երկօքսիդ, կապարի բրոմիդ և այլ նյութեր։


== Գրականություն ==
Мустель Е. Р., Парыгин В. Н. Методы модуляции и сканирования света, — М.։ Наука, 1970.
Балакший В. И., Парыгин В. Н., Чирков Л. Е., Физические основы акустооптики, — М.։ Радио и связь, 1985.
Ярив А., Юх П., Оптические волны в кристаллах, — пер. с англ., М.։ 1987.
Задорин А. С., Шандаров С. М., Шарангович С. Н., Акустические и акустооптические свойства монокристаллов, — Томск։ Томский гос. университет, 1987.
Бондаренко В. С., Зоренко В. П., Чкалова В. В., Акустооптические модуляторы света, — М.։ 1988.
Гусев О. Б., Кулаков С. В., Разживин Б. П., Тигин Д. В., Оптическая обработка радиосигналов в реальном времени, — М.։ Радио и связь, 1989.
Xu J. and Stroud R., Acousto-optic devices, — New York, Wiley, 1992. ISBN 0-471-61638-9
Корпел А., Акустооптика, — пер с англ., М.։ Мир, 1993 (оригинал։ Korpel A. / Acousto-optics, — N.Y. and Basel։ Marcel Dekker, Inc., 1988). ISBN 5-03-002598-7
Goutzoulis A. P. and Pape D. R., Design and fabrication of acousto-optic devices, — New York, Marcel Dekker, 1994.
Хименко В. И., Тигин Д. В., Статистическая акустооптика и обработка сигналов, — СПб.։ Изд-во С.-Петербургского ун-та. 1996. ISBN 5-288-00929-5
Парыгин В. Н., Балакший В. И., Волошинов В. Б. Электрооптика, акустооптика и оптическая обработка информации на кафедре физики колебаний МГУ, — Радиотехника и электроника, 2001, т. 46, № 7, С. 775—792.
Задорин А. С. Динамика акустооптического взаимодействия, — Томск։ Томский гос. университет, 2004. ISBN 5-94621-096-3