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

 

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

 

 

որտեղ  - օպտիկական լույսի ալիքի երկարությունը,  - ձայնային ալիքի երկարությունը,  - առավելագույն կարգի թիվը,  - 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 ։ 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 ։ Բրեգի անկյունը հաշվարկում ենք հետևյալ բանաձևով

 

որտեղ  - ընկնող լույսի ալիքի երկարությունն է,  - ակուստիկ ալիքի հաճախականությունն է,  - ակուստիկ ալիքի արագությունն է,  - լույսի բեկման ցուցիչը մինչև դիֆրակցիոն երևույթի առաջացումը,  - 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

Ակուստաօպտիկա
Լույս