Akusto-optik

Acousto- optics  er en gren af ​​fysik , der studerer interaktionen mellem optiske og lydbølger ( akusto -optisk interaktion), såvel som en gren af ​​teknologi , inden for hvilken enheder, der anvender akusto-optisk interaktion (akusto-optiske enheder), udvikles og forskes i .

For at henvise til en bred vifte af fænomener forbundet med akusto-optisk interaktion, bruges det generelle udtryk "akusto-optisk effekt" nogle gange. I næsten enhver akusto-optisk enhed exciteres en akustisk bølge ved hjælp af en eller anden elektroakustisk transducer , oftest en piezoelektrisk . Således styres akusto-optiske enheder af elektriske signaler ( højfrekvent ), som genereres i de tilsvarende elektroniske styreenheder. Akusto-optik betragtes derfor som en gren af ​​funktionel elektronik .

Grundlæggende akusto-optiske fænomener

• Diffraktion af lys ved ultralyd (akusto-optisk diffraktion).
• Brydning af lys på ultralyd (akusto-optisk brydning).
• Forstærkning af svage akustiske bølger såvel som deres generering under påvirkning af en kraftig optisk bølge ( fotoakustiske eller optoakustiske fænomener).

Følgelig kaldes den gren af ​​fysik (akustik), der studerer excitationen af ​​akustiske bølger under påvirkning af en optisk bølge, fotoakustik eller optoakustik.

• Under påvirkning af en kraftig bølge af ultralyd i en væske kan genereringen af ​​en optisk bølge til gengæld observeres - den såkaldte sonoluminescens .

I snæver forstand forstås akusto-optiske fænomener kun som diffraktion og brydning af lys ved ultralyd. Det vigtigste fænomen, der bruges i moderne akusto-optiske enheder, er akusto-optisk diffraktion.

Anvendelser af akusto-optiske fænomener

Den akusto-optiske effekt er meget udbredt både i videnskabelig forskning og i tekniske apparater. Især kan den akustisk-optiske metode bruges til at visualisere akustiske felter og kontrollere kvaliteten af ​​transparente materialer. Akusto-optiske filtre tillader fjern kemisk analyse af mediet. Derudover har akusto-optiske enheder vist sig at være ekstremt effektive til analyse af højfrekvente radiosignaler . Det vigtigste anvendelsesområde er optiske informationsbehandlingssystemer , herunder elementer af optiske kommunikationssystemer og optiske computere .

En række anvendelser af akusto-optiske enheder bliver mulige på grund af alsidigheden af ​​den akusto-optiske effekt, som kan bruges til effektivt at manipulere alle parametrene for en optisk bølge. Således gør akusto-optiske enheder det muligt at styre intensiteten af ​​laserstråling , positionen af ​​den optiske stråle i rummet, polariseringen og fasen af ​​den optiske bølge samt den spektrale sammensætning og rumlige struktur af optiske stråler.

Hovedklasserne af akusto-optiske enheder

• Modulatorer  - giver dig mulighed for at kontrollere intensiteten af ​​optisk stråling.
• Deflektorer  - afbøjer den optiske stråle i en bestemt vinkel og scanner også strålen i rummet.
• Justerbare filtre :
  • filtre af bølgelængder af optisk stråling, eller spektralfiltre - transmitterer kun optisk stråling i et bestemt område af bølgelængder, mens transmissionens "vindue" kan genopbygges;
  • rumlige frekvensfiltre -  kontrollerer den rumlige struktur af den optiske stråle (passer visse rumlige frekvenser af vinkelspektret af optisk stråling).
• Fejeanordninger  - giver dig mulighed for at læse et optisk billede linje for linje og konvertere det ved hjælp af en enkelt-element fotodetektor til en sekvens af elektriske signaler.
• Analysatorer af elektriske signaler (radiosignaler):
  • radiosignalspektrumanalysatorer ; _
  • radiosignal fasemålere.
• Justerbare forsinkelsesanordninger  - forsinker signalet i en vis tid, hvis varighed, i modsætning til solid-state akustoelelektroniske forsinkelseslinjer , let reguleres (af positionen af ​​den optiske stråle).
• Kompressorer af radioimpulser  - udfører kompression af elektriske impulser.
• Akusto-optiske processorer  - udføre visse matematiske operationer på optiske og akustiske signaler. I særdeleshed:
  • korrelatorer - beregne korrelationen af ​​to signaler;
  • konvolvere - udføre en matematisk operation af foldning af to signaler;
  • matrix-vektor processorer - udføre lineære algebra operationer ;
• Akusto-optiske systemer med feedback :
  • systemer til stabilisering af optiske og elektriske parametre (f.eks. systemer til stabilisering af intensiteten af ​​en optisk stråle);
  • elektron-akusto-optiske generatorer - selvoscillerende systemer, der indeholder en akusto-optisk enhed som det vigtigste ikke- lineære element ; gøre det muligt at opnå koordinerede selvsvingninger af elektriske, akustiske og optiske størrelser, herunder regulære og stokastiske oscillatoriske tilstande;
  • bistabile og multistabile systemer  - akusto-optiske systemer karakteriseret ved to eller flere stabile tilstande, mellem hvilke skift er muligt under en vis ekstern påvirkning; sådanne systemer kan betragtes som optiske analoger til elektroniske flip- flops .

Sektioner relateret til akusto-optik

Akusto-optik og optoakustik bør ikke forveksles. Det er separate discipliner.

Moderne akusto-optik er tæt forbundet ikke kun med dens "moder" sektioner af fysik - med akustik og optik , men også med krystalfysik (akusto-optisk interaktion i krystaller studeres aktivt ), såvel som med anvendte discipliner som optoelektronik og radiofysik .

Mens akustiske signaler konverteres til optiske signaler i akusto-optiske enheder ( og optiske signaler konverteres til akustiske signaler i fotoakustiske systemer), studeres systemer med gensidig konvertering af akustiske og elektriske signaler i akustisk elektronik.

Et relateret område til akusto-optik er laservibrometri , som overvejer metoder til optisk sondering af oscillerende (vibrerende) legemer. Effekten af ​​fotoelasticitet , som giver akusto-optisk diffraktion og brydning, ligger også til grund for den polarisations-optiske metode til at studere statiske deformationer af materialer.

Litteratur

1. Mustel E. R. , Parygin V. N. Metoder til modulering og scanning af lys. — M .: Nauka, 1970.
2. Damon R. , Maloney V. , McMahon D. Interaktion mellem lys og ultralyd: et fænomen og dets anvendelser // Fysisk akustik / red. Mason W. og Terson R. Trans. fra engelsk. - M . : Mir, 1974. - T. 7.
3. Tucker J. , Rampton V. Hypersound in solid state physics / transl. fra engelsk. - M. , 1975.
4. Bergman L. Ultralyd og dets anvendelse i videnskab og teknologi. — M .: Nauka, 1977.
5. Rebrin Yu. K. Optisk strålekontrol i rummet. - M. , 1977.
6. Magdich L. N. , Molchanov V. Ya. Akusto-optiske enheder og deres applikationer. - M. : Sov. radio, 1978.
7. Kulakov SV Akusto-optiske enheder til spektral- og korrelationsanalyse af signaler. -L .: Nauka, 1978.
8. Akusto-optiske metoder til informationsbehandling, lør. artikler / udg. Karbukova G. E. og Kulakova S. V. - L . : Nauka, 1978.
9. Gulyaev Yu. V. , Proklov V. V., Shkerdin G. N. Diffraktion af lys ved lyd i faste stoffer // Uspekhi fizicheskikh nauk. - 1978. - T. 124 , no. 1 . - S. 61-111 .
10. I. B. Yakovkin , D. V. Petrov Diffraktion af lys ved akustiske overfladebølger. - Novosibirsk: Nauka, 1979.
11. Levin V. M. , Maev R. G. , Proklov V. V. Lys og lyd: interaktion i miljøet. - M. , 1981.
12. Levin V. M. , Maev R. G. , Proklov V. V. Behandling af radiosignaler med akustoelelektroniske og akusto-optiske enheder. - M. , 1983.
13. Balakshiy V. I. , Parygin V. N. , Chirkov L. E. Fysiske grundlag for akusto-optik. -M .: Radio og kommunikation, 1985.
14. Yariv A. , Yukh P. Optiske bølger i krystaller / pr. fra engelsk. -M., 1987.
15. Zadorin A. S. , Shandarov S. M. , Sharangovich S. N. Akustiske og akustooptiske egenskaber af enkeltkrystaller. - Tomsk: Tomsk-staten. universitet, 1987.
16. Bondarenko V. S. , Zorenko V. P. , Chkalova V. V. Akusto-optiske lysmodulatorer. - M. , 1988.
17. Oleg B. Gusev , Sergey V. Kulakov , B. P. Razzhivin , D. V. Tigin Optisk behandling af radiosignaler i realtid. - M . : Radio og kommunikation, 1989.
18. Xu J. og Stroud R. Akusto-optiske enheder . - New York: Wiley, 1992. - ISBN 0-471-61638-9 .
19. A. Korpel . Acousto-optics = Acousto-optics / oversat fra engelsk. E. R. Mustel . —M.: Mir, 1993. — 240 s. -800 eksemplarer.  —ISBN 5-03-002598-7.
20. Goutzoulis AP og Pape DR Design og fremstilling af akusto-optiske enheder. — New York: Marcel Dekker, 1994.
21. J. Sapriel. Akusto-optik. - Wiley-Blackwell, 1979. - 126 s. — ISBN 0-47199700-5 .
22. Akusto-optisk signalbehandling: teori og implementering / Norman J. Berg, John M. Pellegrino. — 2. udg. - NY: Marcel Dekker, 1995. - 600 s. — (Optisk teknik). - ISBN 0-8247-8925-3 .
23. Khimenko VI, Tigin DV Statistisk akusto-optik og signalbehandling. - Sankt Petersborg. : Publishing House of St. Petersburg University, 1996. - ISBN 5-288-00929-5 .
24. Parygin V. N., Balakshiy V. I. , Voloshinov V. B. Elektrooptik, akusto-optik og optisk informationsbehandling ved Institut for Fysik af Oscillations ved Moscow State University , - Radio Engineering and Electronics, 2001, bind 46, nr. 7, s. 775 -792.
25. Zadorin AS Dynamik af akusto-optisk interaktion. - Tomsk: Tomsk-staten. universitet, 2004. - ISBN 5-94621-096-3 .
26. V. Ya. Molchanov, Yu. I. Kitaev, A. I. Kolesnikov (og andre). Teori og praksis for moderne akusto-optik. — M. : MISiS, 2015. — 458 s. - 500 eksemplarer.  - ISBN 978-5-87623-483-4 .

• Stor russisk encyklopædi . - M. : BRE, 2005. - T. 1. - ISBN 5-85270-329-X .
• "Acousto-optics" // Physical Encyclopedia / red. Prokhorova A. M .. - M . : " Soviet Encyclopedia " / " Great Russian Encyclopedia " , 1988. - T. 1. - ISBN 5-85270-034-7 .
• "Acousto-optics" // Elektronik: Encyclopedic Dictionary / Kap. udg. Kolesnikov V. G. - M . : " Soviet Encyclopedia ", 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-optiske processorer. - M . : Radioteknik, 2012. - 192 s. - ISBN 978-5-88070-313-5 .

Links

• Laboratorium for akusto-optik og optoelektronik, Det Fysiske Fakultet, Lomonosov Moscow State University M.V. Lomonosov . Hentet 27. september 2014. Arkiveret fra originalen 7. september 2017. (ubestemt)

• NTUC akusto-optik. MISiS (utilgængeligt link) . old.misis.ru. Arkiveret fra originalen den 21. marts 2019. (ubestemt) 
• Laboratorium for akusto-optiske metoder til informationsbehandling. Fryazino filial af IRE RAS . . fireras.su.  (ubestemt) (utilgængeligt link)
• Laboratorium for hurtige optiske fænomener i solid state-strukturer. Fryazino filial af IRE RAS . . fireras.su.  (ubestemt) (utilgængeligt link)
• Laboratorium for akusto-optiske informationsbehandlingsenheder SUAI . spie.guap.ru. (ubestemt)
• Forskningsafdelingen for akusto-optiske målinger og laseroptoelektronik VNIIFTRI (utilgængeligt link) . Arkiveret fra originalen den 3. oktober 2019. (ubestemt) 

Ordbøger og encyklopædier	Stor russer Moderne Ukraine
I bibliografiske kataloger	J9U : 987007293980605171 LCCN : sh85000599