Акустооптическая дифракция
Дифракция света на ультразвуке (акустооптическая дифракция) — совокупность явлений, связанных с отклонением от законов прямолинейного распространения света в среде в присутствии УЗ-вой волны. В результате периодического изменения показателя преломления света n под действием звуковой волны в среде возникает структура, аналогичная дифракционной решётке, которая обладает периодичностью УЗ-вой волны и движется вместе с ней со скоростью звука. Если в такой структуре распространяется пучок монохроматичного света, то в среде, помимо основного, возникают пучки отклонённого (дифрагированного) света, характеристики которых — направление в пространстве, поляризация и интенсивность — зависят от параметров звукового поля (частоты и интенсивности УЗ, толщины звукового пучка D), а также от угла θ, под которым падает свет на звуковой пучок (рис.).
Наблюдать дифракцию света на ультразвуке можно, посылая лазерный луч 1 (рис.) па образец 2, в котором излучатель звука 3 возбуждает УЗ-вую волну. Линза 4 собирает дифрагированный свет, идущий по разным направлениям. В различных точках экрана 5. Если излучатель УЗ выключен, на экране видно световое пятно от проходящего света. При включении УЗ справа и слева от него появляются пятна, создаваемые дифрагированным светом различных порядков (рис.). Помещая вместо экрана диафрагму, можно выделить соответствующий порядок дифракции, интенсивность которого измеряется фотоприёмным устройством 6. С помощью поляризационного анализатора 7 можно выделить из отклонённого излучения свет определённой поляризации. Таким способом измеряют угловые, амплитудные и поляризационные характеристики дифрагированного излучения.
В результате эффекта Доплера при рассеянии на движущейся решётке возникает сдвиг частоты дифрагированного света: для m-го порядка дифракции частота света
Где ω0 — частота падающего света, Ω — частота звука, ωm — частота дифрагированного света. Частота света, отклонённого в стороyу распространения УЗ-вой волны, увеличивается [знак + в формуле], а отклонённого в противоположную сторону [знак —], уменьшается. Непосредственное взаимодействие падающего света со звуком обусловливает только 1-й порядок дифракции, а высшие порядки появляются лишь в результате последующей дифракции на звуке света, уже отклонённого в 1-й, 2-й другие порядки.
Интенсивность света в дифракционном максимуме определяется фазовыми сдвигами между волнами, приходящими в точку наблюдения из всех точек объёма взаимодействия (рис.).
В общем случае разность фаз
Где α — длина волны света, поэтому электромагнитные волны, испускаемые различными частями области взаимодействия, интерферируя, взаимно гасят друг друга. При произвольном угле падения света θ эффективность ηm дифракция света на ультразвуке мала (здесь ηm = Im/I00, Im — интенсивность, света в m-м порядке дифракции, I00 — интенсивность падающего света). Однако при определённой геометрии взаимодействия, когда излучение, идущее из различных точек области взаимодействия в направлении на m-й дифракционный максимум, оказывается синфазным,, значение ηm возрастает на много порядков — возникает явление так называемой резонансной дифракции. Это явление имеет место в первом дифракционном порядке, если выполняется условие: