Akustooptika

Akustooptika  je odvětví fyziky , které studuje interakci optických a zvukových vln (akustooptická interakce), stejně jako odvětví technologie , v rámci kterého se vyvíjejí a zkoumají zařízení využívající akustooptické interakce (akustooptická zařízení). .

Pro označení široké škály jevů spojených s akusticko-optickou interakcí se někdy používá obecný termín "akustooptický efekt". Téměř v každém akusticko-optickém zařízení je akustická vlna buzena pomocí jednoho nebo druhého elektroakustického měniče , nejčastěji piezoelektrického . Akustooptická zařízení jsou tedy řízena elektrickými signály ( vysokofrekvenční ), které jsou generovány v příslušných elektronických řídicích jednotkách. Akustooptika je proto považována za odvětví funkční elektroniky .

Základní akusticko-optické jevy

• Difrakce světla ultrazvukem ( akustooptická difrakce).
• Lom světla na ultrazvuku (akustooptický lom).
• Zesilování slabých akustických vln, stejně jako jejich generování působením silné optické vlny ( fotoakustické nebo optoakustické jevy).

V souladu s tím se odvětví fyziky (akustika), které studuje buzení akustických vln pod vlivem optické vlny, nazývá fotoakustika nebo optoakustika.

• Vlivem silné vlny ultrazvuku v kapalině lze zase pozorovat generování optické vlny - tzv. sonoluminiscenci .

Akustooptické jevy jsou v užším smyslu chápány pouze jako difrakce a lom světla ultrazvukem. Hlavním fenoménem používaným v moderních akusticko-optických zařízeních je akustickooptická difrakce.

Aplikace akusticko-optických jevů

Akustooptický efekt je široce používán jak ve vědeckém výzkumu, tak v technických zařízeních. Zejména akusticko-optickou metodu lze použít k vizualizaci akustických polí a kontrole kvality průhledných materiálů. Akustooptické filtry umožňují vzdálenou chemickou analýzu média. Kromě toho se akusticko-optická zařízení ukazují jako mimořádně účinná pro analýzu vysokofrekvenčních rádiových signálů . Nejdůležitější oblastí použití jsou optické systémy zpracování informací , včetně prvků optických komunikačních systémů a optických počítačů .

Různé aplikace akusticko-optických zařízení jsou možné díky všestrannosti akusticko-optického efektu, který lze použít k efektivní manipulaci se všemi parametry optické vlny. Akustooptické přístroje tedy umožňují řídit intenzitu laserového záření, polohu optického paprsku v prostoru, polarizaci a fázi optické vlny a také spektrální složení a prostorovou strukturu optických paprsků.

Hlavní třídy akusticko-optických zařízení

• Modulátory  – umožňují řídit intenzitu optického záření.
• Deflektory  - vychylují optický paprsek pod určitým úhlem a také skenují paprsek v prostoru.
• Laditelné filtry :
  • filtry vlnových délek optického záření, neboli spektrální filtry – propouštějí optické záření pouze v určitém rozsahu vlnových délek, přičemž „okno“ přenosu lze přestavět;
  • prostorové frekvenční filtry -  řídí prostorovou strukturu optického paprsku (propouštějí určité prostorové frekvence úhlového spektra optického záření).
• Rozmítací zařízení  - umožňují číst optický obraz řádek po řádku a převádět jej pomocí jednoprvkového fotodetektoru na sekvenci elektrických signálů.
• Analyzátory elektrických signálů (rádiové signály):
  • spektrální analyzátory rádiového signálu ;
  • fázové měřiče rádiového signálu.
• Nastavitelná zpožďovací zařízení  - zpožďují signál o určitou dobu, jejíž trvání se na rozdíl od polovodičových akustoelektronických zpožďovacích linek snadno reguluje (polohou optického paprsku).
• Kompresory rádiových impulsů  - provádějí kompresi elektrických impulsů.
• Akustooptické procesory  - provádějí určité matematické operace s optickými a akustickými signály. Zejména:
  • korelátory - vypočítají korelaci dvou signálů;
  • konvolvery - provádějí matematickou operaci konvoluce dvou signálů;
  • maticové vektorové procesory - provádějí operace lineární algebry ;
• Akustooptické systémy se zpětnou vazbou :
  • systémy pro stabilizaci optických a elektrických parametrů (například systémy pro stabilizaci intenzity optického paprsku);
  • elektronově-akusticko-optické generátory - samooscilační systémy obsahující akusticko-optické zařízení jako hlavní nelineární prvek ; umožňují získat koordinované vlastní oscilace elektrických, akustických a optických veličin, včetně pravidelných a stochastických oscilačních módů;
  • bistabilní a multistabilní systémy  - akusticko-optické systémy vyznačující se dvěma nebo více stabilními stavy, mezi kterými je možné přepínání pod určitým vnějším vlivem; takové systémy lze považovat za optické analogy elektronických klopných obvodů .

Sekce týkající se akusticko-optiky

Akustooptika a optoakustika by se neměly zaměňovat. To jsou samostatné disciplíny.

Moderní akustooptika je úzce spjata nejen se svými "mateřskými" obory fyziky - s akustikou a optikou , ale také s krystalovou fyzikou (akustooptická interakce v krystalech je aktivně studována ), stejně jako s aplikovanými obory, jako je optoelektronika a rádiová fyzika .

Zatímco akustické signály jsou v akustooptických zařízeních převáděny na signály optické (a ve fotoakustických systémech optické signály na signály akustické), v akustoelektronice jsou studovány systémy se vzájemnou přeměnou akustických a elektrických signálů .

Související oblastí s akustooptikou je laserová vibrometrie , která uvažuje o metodách optického ozvučení kmitajícího (vibrujícího) těles. Vliv fotoelasticity , která zajišťuje akusticko-optické ohyby a lomy, je také základem polarizačně-optické metody pro studium statických deformací materiálů.

Literatura

1. Mustel E. R. , Parygin V. N. Metody modulace a skenování světla. — M .: Nauka, 1970.
2. Damon R. , Maloney V. , McMahon D. Interakce světla s ultrazvukem: fenomén a jeho aplikace // Physical Acoustics / ed. Mason W. a Terson R. Trans. z angličtiny. - M. : Mir, 1974. - T. 7.
3. Tucker J. , Rampton V. Hypersound ve fyzice pevných látek / přel. z angličtiny. - M. , 1975.
4. Bergman L. Ultrazvuk a jeho aplikace ve vědě a technice. — M .: Nauka, 1977.
5. Rebrin Yu. K. Řízení optického paprsku ve vesmíru. - M. , 1977.
6. Magdich L. N. , Molchanov V. Ya. Akustooptická zařízení a jejich aplikace. - M .: Sov. rádio, 1978.
7. Kulakov SV Akustooptické přístroje pro spektrální a korelační analýzu signálů. -L.: Nauka, 1978.
8. Akustooptické metody zpracování informací, So. články / ed. Karbuková G. E. a Kulakova S. V. - L. : Nauka, 1978.
9. Gulyaev Yu. V. , Proklov V. V., Shkerdin G. N. Difrakce světla zvukem v pevných látkách // Uspekhi fizicheskikh nauk. - 1978. - T. 124 , čís. 1 . - S. 61-111 .
10. I. B. Jakovkin , D. V. Petrov Difrakce světla akustickými povrchovými vlnami. - Novosibirsk: Nauka, 1979.
11. Levin V. M. , Maev R. G. , Proklov V. V. Světlo a zvuk: interakce v prostředí. - M. , 1981.
12. Levin V. M. , Maev R. G. , Proklov V. V. Zpracování rádiových signálů akustoelektronickými a akustooptickými zařízeními. - M. , 1983.
13. Balakshiy V. I. , Parygin V. N. , Chirkov L. E. Fyzikální základy akustooptiky. -M.: Rádio a komunikace, 1985.
14. Yariv A. , Yukh P. Optické vlny v krystalech / per. z angličtiny. -M., 1987.
15. Zadorin A. S. , Shandarov S. M. , Sharangovich S. N. Akustické a akustooptické vlastnosti monokrystalů. - Tomsk: Tomský stát. univerzita, 1987.
16. Bondarenko V. S. , Zorenko V. P. , Chkalova V. V. Akustooptické modulátory světla. - M. , 1988.
17. Oleg B. Gusev , Sergey V. Kulakov , B. P. Razzhivin , D. V. Tigin Optické zpracování rádiových signálů v reálném čase. - M .: Rádio a komunikace, 1989.
18. Xu J. a Stroud R. Akustooptické přístroje . - New York: Wiley, 1992. - ISBN 0-471-61638-9 .
19. A. Korpel . Acousto-optics = Acousto-optics / přeloženo z angličtiny. E. R. Mustel . —M.: Mir, 1993. — 240 s. -800 výtisků.  —ISBN 5-03-002598-7.
20. Goutzoulis AP a Pape DR Design a zhotovení akusticko-optických zařízení. — New York: Marcel Dekker, 1994.
21. J. Sapriel. Akustooptika. - Wiley-Blackwell, 1979. - 126 s. — ISBN 0-47199700-5 .
22. Akustooptické zpracování signálu: Teorie a implementace / Norman J. Berg, John M. Pellegrino. — 2. vyd. - NY: Marcel Dekker, 1995. - 600 s. — (Optické inženýrství). - ISBN 0-8247-8925-3 .
23. Khimenko VI, Tigin DV Statistická akusticko-optika a zpracování signálů. - Petrohrad. : Publishing House of St. Petersburg University, 1996. - ISBN 5-288-00929-5 .
24. Parygin V. N., Balakshiy V. I. , Voloshinov V. B. Elektrooptika, akusticko-optika a optické zpracování informací na katedře fyziky oscilací Moskevské státní univerzity , - Radio Engineering and Electronics, 2001, vol. 46, No. 7, str. 775 -792.
25. Zadorin AS Dynamika akusticko-optické interakce. - Tomsk: Tomský stát. univerzita, 2004. - ISBN 5-94621-096-3 .
26. V. Ja. Molčanov, Ju. I. Kitajev, A. I. Kolesnikov (a další). Teorie a praxe moderní akustooptiky. — M. : MISiS, 2015. — 458 s. - 500 výtisků.  - ISBN 978-5-87623-483-4 .

• Velká ruská encyklopedie . - M. : BRE, 2005. - T. 1. - ISBN 5-85270-329-X .
• "Akustooptika" // Fyzická encyklopedie / ed. Prokhorova A. M .. - M . : " Sovětská encyklopedie " / "Velká ruská encyklopedie" , 1988. - T. 1. - ISBN 5-85270-034-7 .
• "Akustooptika" // Elektronika: Encyklopedický slovník / Ch. vyd. Kolesnikov V. G. - M .: " Sovětská encyklopedie ", 1991. - ISBN 5-85270-062-2 .
• Grachev S. V., Naumov K. P., Ushakov V. N., Byshevsky-Konopko O. A., Zhogun V. N., Mazur M. M., Pozhar V. E., Proklov V. V., Pustovoit V. I. , Tyablikov A. V. Akusto-optické typy spektrálních procesorů. - M . : Radiotechnika, 2012. - 192 s. - ISBN 978-5-88070-313-5 .

Odkazy

• Laboratoř akustické optiky a optoelektroniky, Fyzikální fakulta Moskevské státní univerzity Lomonosova M. V. Lomonosov . Získáno 27. září 2014. Archivováno z originálu 7. září 2017. (neurčitý)

• Akustooptika NTUC. MISiS (nepřístupný odkaz) . old.misis.ru. Archivováno z originálu 21. března 2019. (neurčitý) 
• Laboratoř akusticko-optických metod zpracování informace. Fryazino pobočka IRE RAS . . fireras.su.  (neurčitý) (nedostupný odkaz)
• Laboratoř rychlých optických jevů v pevných strukturách. Fryazino pobočka IRE RAS . . fireras.su.  (neurčitý) (nedostupný odkaz)
• Laboratoř akusticko-optických zařízení pro zpracování informací SUAI . spie.guap.ru. (neurčitý)
• Výzkumné oddělení akusticko-optických měření a laserové optoelektroniky VNIIFTRI (nepřístupný odkaz) . Archivováno z originálu 3. října 2019. (neurčitý) 

Slovníky a encyklopedie	Velký Rus Moderní Ukrajina
V bibliografických katalozích	J9U : 987007293980605171 LCCN : sh85000599