Часть III. КРИСТАЛЛЫ В АКУСТООПТИКЕ

Дифракция света на акустических волнах впервые была предсказана Бриллюэном [I] и экспериментально обнаружена в работах Люка и Бикара с первых работ по созданию акустооптических (АО) устройств для обработки и представления информации интерес к ним постоянно возрастает. Возможности акустооптики особенно ярко проявились в интегральной оптике при использовании поверхностных акустических волн. За два последних десятилетия практическое применение этого явления сильно расширилось в связи с улучшением технологии и характеристик АО устройств. Эти устройства используются для свертки и нахождения корреляционных функций, анализа спектра частот радиосигналов и оптической спектрометрии, создания дефлекторов и модуляторов света, в том числе внутрирезонаторных затворов для лазеров. Акусто оптические пространственные модуляторы света позволяют обрабатывать не только одномерные, но и двумерные сигналы, в том числе изображения. Акустооптика нашла применение при создании устройств для обработки сигналов радиолокаторов и систем дальней радиосвязи [3 - 5]. Акусто-оптическим устройствам и их применению посвящено большое число работ [5 - 8]. Дифракция света на акустических волнах во многом похожа на рентгеновскую дифракцию в кристаллах [9], когда роль дифракционной решетки выполняют области растяжения и сжатия, вызванные акустическими волнами с частотой от 1 МГц и выше (рис. 14.1). Однако эту аналогию нельзя считать полной, так как ультразвуковая волна может быть бегущей, а ультразвуковой луч - расходящимся. Несмотря на эти различия, указанная аналогия в первом приближении помогает понять и применять явление АО дифракции. Детально проблема АО дифракции была рассмотрена в серии фундаментальных работ Рамана и Ната [10] и очень полезной для практического применения работе Кляйна и Кука [11].

В основе АО дифракции лежит упругооптический эффект, описываемый тензором четвертого ранга, поэтому для реализации АО дифракции применимы любые среда, в том числе кристаллы,

Рис. 14.1. Схема акустооптической ячейки: I - лучи света; - начальный луч; - дифрагированные лучн; к - волновой вектор света; К - волновой вектор звука; П - пьезопреобразователь

стекла и жидкости. Однако во многих случаях кристаллы оказываются незаменимыми как среды для акустооптики не только благодаря высоким акустооптическим свойствам, но и вследствие их анизотропии. Особенности АО взаимодействия в анизотропных кристаллах позволяют создавать акустооптические фильтры, снижать частоты акустических колебаний, используемых при АО дифракции.

Для создания и выбора кристаллических сред для акустооптики необходимо определить критерии акустооптического качества среды. Для этого следует рассмотреть основные характеристики АО взаимодействия и определяющие их параметры среды. Критерии акустооптического качества существенно зависят от вида АО устройства, поэтому при выборе среды следует учитывать вид прибора, дня которого она предназначена. Следовательно, при выборе АО кристаллов следует учитывать не только общий критерий АО качества кристалла, но и критерий качества, относящийся к данному АО устройству. Потому прежде чем приступить к рассмотрению свойств кристаллов, применяемых в акустооптике, следует коротко рассмотреть природу АО взаимодействия и принципы работы некоторых основных АО устройств.