نوروصوت‌شناسی

تصویری از یک پراش که در آن اثر نوروصوت‌شناختی دیده می‌شود.
نوروصوت‌شناسی یا آکوستو-اپتیک (Acousto-optics) شاخه‌ای از فیزیک است که به بررسی برهم کنش امواج نوری و امواج صوتی و به خصوص پراش لیزر به وسیله امواج صوتی می‌پردازد.
اپتیک تاریخچه‌ای بسیار طولانی دارد: از زمان یونانیان باستان تا عصر حاضر درست مانند اپتیک، آکوستیک نیز تاریخچه‌ای طولانی دارد که به زمان یونانیان باستان باز می‌گردد. در مقابل آکوستو اپتیک علمی بسیار نوین با تاریخچه‌ای کوتاه‌است. این زمینه از علم با پیش‌بینی بریلوئن در مورد پراش نور بوسیله امواج صوتی منتشر شده در ماده در سال ۱۹۲۲ میالادی آغاز شد. این پیش‌بینی ده سال بعد توسط دبای و سیرز و همچنین لوکاس و بیکارد آزمایش و تایید شد.
مورد خاص پراش مرتبه اول تحت یک زاویه فرود خاص (که بریلوئن هم پیش‌بینی آن را کرده بود) برای اولین بار توسط ریتوف دیده شد. رامان و نث در سال ۱۹۳۷ یک مدل عمومی‌تر را طراحی کردند که پراش‌های مرتبه بالاتر را آشکار کند. این مدل بعدها در سال ۱۹۵۶ توسط فریزو توسعه پیدا کرد. مدل وی قابل تنظیم بر مرتبه پراشی مشخص بود.
اساس نوروصوت‌شناسی، تغییر ضریب شکست به خاطر حضور موج صوتی در ماده‌است. موج صوتی یک شبکه ضریب شکست در ماده به وجود می‌آورد و این شبکه توسط موج نوری "دیده" می‌شود. تغییر ضریب شکست که به خاطر نوسان فشار ایجاد شده، به وسیله آثار شکست نور، بازتاب نور، تداخل و پراش قابل شناسایی است.
آکوستو اپتیک
آکوستو اپتیک شاخه‌ای از فیزیک است که به بررسی برهم کنش امواج نوری و امواج صوتی و به خصوص پراش لیزر به وسیله‌ی امواج صوتی می‌پردازد.
مقدمه
اپتیک تاریخچه‌ای بسیار طولانی دارد: از زمان یونانیان باستان تا عصر حاضر درست مانند اپتیک، آکوستیک نیز تاریخچه‌ای طولانی دارد که به زمان یونانیان باستان باز می‌گردد. در مقابل آکوستو اپتیک علمی بسیار نوین با تاریخچه‌ای کوتاه است. این زمینه از علم با پیش بینیبریلوئندر مورد پراش نور بوسیله‌ی امواج صوتی منتشر شده در ماده در سال 1922 میالادی آغاز شد. این پیش‌بینی ده سال بعد توسط دبای و سیرز و همچنین لوکاس و بیکارد آزمایش و تایید شد.
مورد خاص پراش مرتبه‌ی اول تحت یک زاویه‌ی فرود خاص (که بریلوئن هم پیش‌بینی آن را کرده بود) برای اولین بار توسط ریتوف دیده شد. رامان و نث در سال 1937 یک مدل عمومی‌تر را طراحی کردند که پراش‌های مرتبه‌ی بالاتر را آشکار کند. این مدل بعدها در سال 1956 توسط فریزو توسعه پیدا کرد. مدل وی قابل تنظیم بر مرتبه‌ی پراشی مشخص بود.
اساس آکوستو اپتیک، تغییر ضریب شکست به خاطر حضور موج صوتی در ماده است. موج صوتی یک شبکه‌ی ضریب شکست در ماده به وجود می‌آورد و این شبکه توسط موج نوری "دیده" می‌شود. تغییر ضریب شکست که به خاطر نوسان فشار ایجاد شده، به وسیله آثار شکست نور، بازتاب نور، تداخل و پراش قابل شناسایی است.
تئوری
اثر آکوستو اپتیکی در واقع حالت خاصی از فوتوالاستیسیته (تغییر در ضریب گذر دهی الکتریکی به خاطر کشش مکانیکی) است. فوتوالاستیسیته یعنی تغییر مولفه‌های ضریب شکست به خاطر کشش مکانیکی
که تانسور فوتو الاستیک است
در مورد خاص آکوستواوپتبک کشش مکانیکی به خاطر موج صوتی منتشر شده در محیط شفاف ایجاد می‌شود که همین موضوع ضریب شکست را تغییر می‌دهد. اگر موج صوتی موج تخت و با راستای انتشار z باشد داریم:
و
ضریب شکست رابطه‌ی 2 یک توری پراش می‌سازد که با سرعت صوت حرکت می‌کند. نوری که از این توری عبور کند یک الگوی پراش می‌سازد. رابطه‌ی این الگو به شکل زیر است:
که در آن m مرتبه‌ی پراش و طول موج صوت است.
ابزارهای الکترو اپتیکی
ابزارهای آکوستو اپتیکی شامل سه گروه زیر هستند:
1- مدولاتور الکترو اپتیکی
با تغییر پارامترهای موج صوتی مانند دامنه، فاز، فرکانس، و قطبش می‌توان خواص موج نوری را مدوله کرد. برهمکنش نور و صوت همچنین امکان مدوله کردن زمانی و فضایی موج نوری را فراهم می‌آورد.
یک راه ساده برای مدوله کردن پرتوی اپتیکی عبور نور از محیطی است که در آن موج صوتی به‌طور متناوب روشن و خاموش شود. وقتی صوت خاموش باشد زاویه‌ی پراش صفر و نور بی‌تغییر است. با روشن شدن صوت پراش رخ می‌دهد و شدت صوت در زوایای پراش افزایش ی یابد. با ثابت نگاه داشتن فرکانس صوتی و تغییر در توان مولد صوت می‌توان این ابزار را به یک مدولاتور آکوستواپتیکی تبدیل نمود.
در طراحی مدولاتور باید به نحوی عمل کرد که ماکزیمم شدت نور در پرتوی پراشیده رخ بدهد. مدت زمانی که طول می‌کشد صوت از ماده عبور کند نیز محدودیتی بر سرعت سوییچ کردن تحمیل می‌کند. برای همین پرتوی نوری را تا حد ممکن باریک می‌کنند. باریک‌ترین پرتوی نوری ممکن را حد پهنای باند می‌نامند.
2- فیلترهای الکترو اپتیکی
رابطه‌ی 4 ارتباطی را میان طول موج صوتی و طول موج نوری نشان می‌دهد. در واقع پرتوی نوری تابیده شده، اگر دارای تعداد زیادی طول موج باشد فقط در طول موج‌های خاصی پراکنده می‌شود. مابقی طول موج‌ها فیلتر خواهند شد.
3- منحرف‌کننده‌های الکترو اپتیکی
با ایجاد یک تغییر در فرکانس صوت می‌توان تغییر زاویه‌ای در پرتوی نوری ایجاد کرد. این تغییر از رابطه‌ی زیر پیروی می‌کند.
از این خاصیت در ساخت منحرف‌کننده‌ها استفاده می‌کنند.