Дифракция света в нестационарном акустическом поле тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.03 ВАК РФ

«в

г з ' .

МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ им. М. В. ЛОМОНОСОВА

ФИЗИЧЕСКИЙ ФАКУЛЬТЕТ

На правах рукописи УДК 535.241

НАГАЕВА Ирина Александровна

ДИФРАКЦИЯ СВЕТА В НЕСТАЦИОНАРНОМ АКУСТИЧЕСКОМ ПОЛЕ

(01.04.03. - радиофизика)

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук

Москва -1998

Работа выполнена на кафедре физики колебаний физического факультета МГУ им. М.В. Ломоносова

Научный руководитель : кандидат физико - математических наук,

доцент В.И. БАЛАКШИЙ

Официальные оппоненты: доктор физико-математических наук,

профессор К.Н. БАРАНСКИЙ; кандидат физико-математических наук, вед.науч.сотр. В.Я. МОЛЧАНОВ

Ведущая организация: Институт радиотехники и электроники

Российской Академии Наук

Защита диссертации состоится " ^ " _ 1998 г. в

•/5~~ час. ОО мин. на. заседании Диссертационного' Совета К 053. 05. 92 отделения радиофизики физического факультета Московского государственного университета им. М.В. Ломоносова, аудитория

Адрес: 119899, ГСП, г. Москва, Воробьевы горы, МГУ, физический факультет, Диссертационный Совет К 053. 05. 92 Отделения радиофизики и электроники.

С диссертацией можно ознакомиться в научной библиотеке физического факультета МГУ.

Автореферат разослан " 2 " /^ОеЛ^^ 1998 г

Ученый секретарь Диссертационного Совета К 053. 05. 92 кандидат физ.-мат. наук

И.В. Лебедева

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Явление дифракции света на акустических волнах привлекает большое внимание исследователей, что в первую очередь обусловлено практической полезностью этого явления, высокой эффективностью акустооптических (АО) методов управления оптическим излучением. К достоинствам АО приборов можно отнести широкие функциональные возможности, хорошее быстродействие, малую потребляемую мощность, простоту технической реализации, высокую надежность и компактность. Это способствует все более широкому применению их в оптике, ото электронике и лазерной физике. АО взаимодействие используется для модуляции и сканирования света, фильтрации оптического излучения, преобразования оптического изображения в электрический сигнал и т.д. Явление дифракции света на ультразвуковых волнах применяется также для визуализации акустических полей и исследования физических свойств материалов.

Такое разнообразное практическое применение АО взаимодействия стимулирует исследования самого явления дифракции света на акустических волнах. На заре развития акустооптики интерес исследователей ограничивался изучением дифракционного спектра при рассеянии плоской световой волны на монохроматическом звуке в изотропной среде. При этом реализовывался случай стационарной дифракции, поскольку параметры ультразвуковой волны (амплитуда, частота и фаза) оставались неизменными. С середины 50-х годов появляются исследования дифракции света на двух акустических волнах. Однако такой вариант АО взаимодействия рассматривался лишь для целочисленного соотношения частот ультразвуковых волн, когда не происходит размножение дифракционного спектра.

Новый этап развития акустооптики начался в 60-е годы, когда, после появления лазеров, стало ясно, что АО эффект предоставляет уникальные возможности для управления параметрами лазерного излучения. Также стало очевидным, что те решения дифракционной задачи, которые были получены к тому времени, не могут дать адекватного описания работы АО устройств обработки информации. Причина заключается в том, что в любом реальном устройстве мы имеем дело не с плоскими волнами, а с волновыми пучками, которые меняют свою структуру по мере распространения в пространстве. Кроме этого, на пьезопреобразователь АО ячейки подается, как правило, не монохроматический сигнал, поэтому в ячейке возбуждается акустическая волна, параметры которой меняются во времени и пространстве. В этом случае свет дифрагирует на объекте, который лишь в обобщенном смысле может рассматриваться как дифракционная решетка, а сам процесс рассеяния света приобретает характер нестационарной дифракции.

При решении задач нестационарной дифракции весьма продуктивным оказался спектральный метод, перенесенный в акустооптику из оптической обработки информации. Однако он хорошо работает лишь в приближении слабого АО взаимодействия , когда эффективность дифракции не превышает 10%, так как только в этом приближении АО взаимодействие является линейным как по свету, так и по звуку. Такая ситуация, естественно, не могла удовлетворять разработчиков АО устройств, поскольку многие из устройств имеют лучшие характеристики в режиме сильного АО взаимодействия. К сожалению, задача дифракции света в акустическом поле сложного спектрального состава (многочастотная дифракция) резко усложняется при переходе к режиму сильного взаимодействия, так как процесс рассеяния света перестает быть линейным по звуку. Даже в простейших вариантах не удается получить аналитических решений, а количественные расчеты требуют применения мощных ЭВМ и больших затрат машинного времени. Именно этим и объясняется тот факт, что лишь в последнее время стали появляться работы, посвященные многочастотной дифракции света в сильном акустическом поле. Их количество невелико, и они, разумеется не дают полной картины этого сложного явления. Кроме того, рассматривалась, как правило, лишь изотропная дифракция света, тогда как известно, что анизотропная дифракция во многих случаях предпочтительнее, поскольку позволяет получить лучшие характеристики АО устройств.

Целью диссертационной работы являлось:

• исследование дифракции плоской световой волны в многочастотном акустическом поле в режиме сильного АО взаимодействия и эффектов, обусловленных брэгговской селективностью и взаимным влиянием дифрагированных мод;

• анализ влияния оптической анизотропии среды и геометрии АО взаимодействия на характеристики дифракционного спектра;

• изучение особенностей нестационарной дифракции, проявляющихся при сильной фокусировке падающего светового пучка;

• анализ работы АО оптоэлектронного генератора нового типа, в котором сигнал обратной связи формируется благодаря эффекту оптического гетеродинирования.

Научная новнзна работы заключается в следующем:

Для режима сильного АО взаимодействия изучена дифракция света в многочастотном акустическом поле в изотропной и анизотропной среде. Впервые исследован эффект конкуренции дифрагированных мод, возникающий в режиме сильного АО взаимодействия. В ходе теоретических и экспериментальных исследований обнаружены новые особенности

ампллтудных, фазовых и угловых характеристик дифракционного спектра для случая многочастотной брэгговской дифракции.

На основе исследования влияния оптической анизотропии среды и геометрии АО взаимодействия на характеристики АО модулятора найдена оптимальная геометрия АО взаимодействия и предложена новая схема модулятора, обеспечивающая одновременно низкие световые потери и высокое быстродействие. Показано, что такая геометрия может быть реализована только в двуосных кристаллах, когда плоскость взаимодействия проходит через оптические оси.

Решена задача о модуляции света в режиме сильного АО взаимодействия. Теоретически установлено и подтверждено экспериментально, что в случае гармонической модуляции форма выходного сигнала модулятора зависит от частоты модуляции и геометрии взаимодействия.

Впервые теоретически исследован АО оптоэлектронный генератор нового типа, в котором сигнал обратной связи формируется благодаря эффекту оптического гетеродинирования.

Научная н практическая ценность работы заключается в следующем.

Исследование многочастотной дифракции света в режиме сильного АО взаимодействия показало, что при многочастотной дифракции расстройки дифракционных переходов сильнее сказываются на характеристиках максимумов, чем в случае монохроматической дифракции. Поэтому даже при брэгговской дифракции нельзя обеспечить полное рассеяние падающего света в первый порядок, что должно учитываться при конструировании АО приборов. В отличии от монохроматической брэгговской дифракции, при многочастотной дифракции во всех максимумах появляется дополнительный фазовый сдвиг, зависящий от частоты и мощности ультразвука. Вследствие этого, передаточные функции максимумов являются комплексными, что означает появление не только амплитудных, но и фазовых искажений оптического сигнала, проходящего через АО ячейку. Появление дополнительного фазового сдвига может ухудшать характеристики АО приборов.

Анализ переходных процессов АО взаимодействия, происходящих в нестационарном акустическом поле показал, что во время переходного процесса пучок уширяется, вследствие чего часть дифрагированного излучения попадает в соседние области и возникает паразитная засветка. Появление такой засветки может отрицательно сказаться на работе АО устройств.

Найденная оптимальная геометрия АО взаимодействия открывает возможность к созданию новых АО приборов с уникальными характеристиками, например, АО модуляторов с высоким быстродействием и эффективностью дифракции, близкой к 100%.

Результаты исследования АО оптоэлектронного генератора открывают возможности для создания АО приборов нового типа. Такая АО система, например, может быть использована как высокочувствительный датчик угловых или линейных перемещений.

На защиту выносятся следующие основные положения:

1. При дифракции света в многочастотном акустическом поле в режиме сильного АО взаимодействия возникает эффект конкуренции дифрагированных мод. В этом случае расстройки дифракционных переходов сильнее сказываются на характеристиках дифракционных максимумов, чем в случае монохроматической дифракции.

2. При многочастотной брэгговской дифракции во всех максимумах появляется дополнительный фазовый сдвиг, зависящий от частоты и мощности ультразвука, а также от геометрии АО взаимодействия.

3. Характеристики АО модулятора света существенно зависят от оптической анизотропии среды и геометрии АО взаимодействия. Оптимальной является тангенциальная геометрия с углом Брэгга, равным нулю, которая обеспечивает одновременно низкие световые потери и высокое быстродействие.

4. На основе АО взаимодействия и эффекта оптического гетеродинирования может быть создан оптоэлектронный генератор, способный работать как в одномодовом, так и в многомодовом режимах генерации, и обладающий мультистабильными свойствами.

Апробация работы. Материалы диссертации представлялись на 10-й конференции Европейского Оптического общества "Достижения в области акустооптики" (Париж, 1996), 2-й Международной конференции по оптической обработке информации (Санкт-Петербург, 1996), 7-й Школе по акустооптике и применениям (Гданьск, 1998), на 5-й Всероссийской научно-технической конференции «Состояние и проблемы технических измерений» (Москва, 1998), докладывались на Ломоносовских чтениях (Москва, 1998), обсуждались на научных семинарах кафедры физики колебаний физического факультета МГУ.

Публикации. Основные результаты диссертационной работы представлены в 6 печатных работах, список которых приведен в конце автореферата.

Структупа н объем диссертации. Диссертация состоит из введения четырех глав, заключения и списка цитируемой литературы, включающего 100 наименований. Работа изложена на 156 страницах, включая 50 рисунков.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении содержится краткий обзор литературы, посвященной исследованию дифракции света на ультразвуковых волнах, обоснование актуальности работы, излагаются цели диссертационной работы и ее основные результаты. Также здесь изложено содержание основных разделов диссертации.

Первая глава посвящена общему описанию явления дифракции света на ультразвуковых волнах как в изотропной, так и в анизотропной средах. Рассматривается работа АО ячейки как фильтра пространственных частот. Материал, представленный в данной главе, носит целиком обзорный характер и необходим для дальнейшего изложения работы.

Во второй главе проводится исследование дифракции плоской световой волны в многочастотном акустическом поле в режиме сильного АО взаимодействия, для которого уже не существует аналитического решения дифракционной задачи.

Первый параграф посвящен анализу брэгговской дифракции света в акустическом поле, содержащем несколько акустических волн с эквидистантными частотами. Приводится постановка задачи и отмечаются ее наиболее важные отличия от других вариантов АО взаимодействия.

Во втором параграфе представлено обобщение системы уравнений, описывающих комплексные амплитуды дифрагированных волн (уравнения связанных мод) для случая дифракции света на произвольном числе акустических волн в анизотропной среде. Учтено, что в режиме сильного АО взаимодействия дифракционный спектр значительно обогащается. При этом, число волн в спектре зависит от мощности ультразвука и волнового параметра АО взаимодействия.

Третий параграф посвящен исследованию изотропной брэгговской дифракция света в двухчастотном и трехчастотном акустическом поле. Проведен численный расчет амплитудных и фазовых характеристик дифракционных максимумов нулевого и первого порядков в режиме сильного АО взаимодействия. Показано, что даже при симметричной настройке АО ячейки распределение света по максимумам нулевого и первого порядков не симметрично. Установлено существенное отличие характеристик многочастотной дифракции от случаев монохроматической дифракции и

режима слабого взаимодействия. В частности, обнаружено, что расстройки дифракционных переходов при многочастотной дифракции сильнее влияют на характеристики максимумов. В результате этого эффективность рассеяния света в первый порядок оказывается заметно ниже, чем в случае монохроматической дифракции. Установлено также, что в отличие от монохроматической дифракции, во всех максимумах нулевого и первого порядков появляется дополнительный фазовый сдвиг, зависящий от частоты и мощности ультразвука.

В четвертом параграфе проведено исследование эффекта конкуренции дифрагированных мод, возникающего при многочастотной дифракции в режиме сильного АО взаимодействия. Показано, что изменение мощности или частоты одной из акустический волн влечет за собой изменение амплитуд и фаз всех дифракционных максимумов. Происходит взаимодействие и взаимное влияние дифрагированных волн. Особенностью такого взаимодействия является то, что оно происходит не непосредственно, а через максимумы соседнего порядка.

В пятом параграфе проведен расчет передаточных функций многочастотной дифракции в режиме сильного АО взаимодействия. Расчеты показали, что в отличии от случая монохроматической дифракции и слабого взаимодействия передаточные функции имеют большую ширину и сильные боковые лепестки. Они являются комплексными, что означает появление не только амплитудных, но также и фазовых искажений оптического сигнала, проходящего через АО ячейку.

Шестой параграф посвящен исследованию влияния оптической анизотропии среды на амплитудные характеристики дифракционного спектра. Рассчитаны амплитудные характеристики в первом порядке дифракции для различных углов Брэгга, реализуемых при изотропной или анизотропной дифракции. Показано, что наименее сильно селективные свойства брэгговской дифракции в основных максимумах первого порядка проявляются в случае анизотропной дифракции с нормированным углом Брэгга £}(=-2. Для дополнительных максимумов нулевого порядка наилучшее условие рассеяния света создается при ©/(=0.

В седьмом параграфе приведено описание экспериментальной установки с ячейкой из парателлурита, возбуждаемой от двух генераторов, на которой в режиме сильного взаимодействия наблюдалось до пяти максимумов первого порядка и до четырех максимумов нулевого порядка. Описана оригинальная методика измерений, на основе которой экспериментально исследован эффект конкуренции дифрагированных мод. Результаты экспериментальных исследований подтвердили те особенности амплитудных характеристик, которые были предсказаны в четвертом параграфе данной главы.

Третья глава посвящена исследованию дифракции ограниченного светового пучка в нестационарном акустическом поле. На практике во всех устройствах обработки информации всегда приходится иметь дело не с плоскими волнами, а с ограниченными световыми и звуковыми пучками. При использовании сильно сфокусированных световых пучков дифрагированные волны, испытавшие в акустическом поле разный доплеровский сдвиг частоты, перекрываются. В результате, возникают биения, приводящие к модуляции интенсивности дифрагированного света на разностных частотах.

В первом параграфе рассмотрен вопрос о модуляции света акустическими волнами в режиме слабого АО взаимодействия. Решена задача о дифракции светового пучка на амплитудно модулированном звуке. Проанализировано влияние оптической анизотропии среды на основные характеристики АО амплитудного модулятора света: эффективность дифракции, потребляемую мощность и полосу модуляции.

Второй параграф посвящен оптимизации параметров АО модулятора. Отмечено, что между основными характеристиками АО модулятора существует противоречивая связь, вследствие чего улучшение одних характеристик сопровождается ухудшением других. При этом анизотропная дифракция имеет ряд преимуществ перед изотропной. Показано, что наибольшее быстродействие модулятора достигается при использовании анизотропной дифракции с углом Брэгга, близким к нулю, тогда как наименьшие световые потери обеспечивает тангенциальное анизотропное рассеяние. Найдена оптимальная геометрия АО взаимодействия и предложена новая схема модулятора, обеспечивающая одновременно низкие световые потери и высокое быстродействие. Показано, что такая геометрия может быть реализована только в двуосных кристаллах, когда плоскость взаимодействия проходит через оптические оси. Численный расчет, выполненный для кристалла йодноватой кислоты, показал перспективность применения этого материала для создания оптимального модулятора.

В третьем параграфе детально проанализированы переходные процессы, происходящие при скачкообразном изменении амплитуды, частоты или фазы акустической волны. Показано, что во время переходного процесса происходит изменение амплитудной и частотной структуры дифрагированного пучка. Пучок уширяется, вследствие чего часть дифрагированного излучения попадает в соседние области. Возникающая при этом паразитная засветка может давать ложный сигнал в некоторых устройствах акустооптики. Доплеровский сдвиг частоты различен в разных точках по сечению дифрагированного пучка. Кроме того, он меняется с течением времени, что необходимо учитывать в АО системах с оптическим гетеродинированием.

Четвертый параграф посвящен исследованию модуляции света в режиме сильного АО взаимодействия. Рассматривается случай гармонической

модуляции. Представлена система уравнений для связанных мод и найдено выражение, описывающие зависимость интегральной эффективности дифракции от времени. Численно проанализировано влияние частоты модуляции и геометрии взаимодействия на эффективность дифракции. Обнаружено, что временной отклик модулятора, будучи симметричным на низких частотах, становится резко асимметричным на высоких частотах при приближении к границе диапазона модуляции. При этом пиковое значение эффективности дифракции возрастает и может значительно превысить стационарный уровень. Указанные особенности проявляются тем сильнее, чем выше быстродействие модулятора. Проведено сравнение частотных характеристик модулятора для случаев изотропной и анизотропной дифракции. Представлены результаты экспериментального исследования гармонической модуляции света в режиме сильного АО взаимодействия, выполненные с использованием ячейки из парателлурита, которые качественно подтвердили теоретические выводы.

Глава 4 посвящена теоретическому исследованию АО системы нового типа, в которой в цепи обратной связи используется схема оптического гетеродинирования. Благодаря эффекту оптического гетеродинирования на выходе фотоприемника формируется электрический сигнал, спектр которого попадает в полосу пропускания пьезопреобразователя АО ячейки. Поэтому, в отличие от систем, исследовавшихся в других работах, здесь отпадает необходимость в ВЧ генераторе для возбуждения пьезопреобразователя. Если обратная связь в системе является положительной и ее глубина достаточно велика, то в системе возбудятся колебания, т.е. она будет представлять собой оптоэлектронный генератор. Такой генератор является во многих отношениях уникальным, поскольку в нем одновременно присутствуют колебания разной физической природы, неразрывно связанные между собой и взаимно трансформирующиеся: световые колебания с частотой, отличной от частоты падающего света, электрические колебания в электрической части системы с частотой биений/ дифрагированного и опорного пучков, а также акустические колебания в АО ячейке с частотой /.

В первом параграфе исследован стационарный режим работы генератора. Анализ работы рассматриваемой системы выполнен спектральным методом. Найдены условия баланса фаз и амплитуд для такой системы.

Во втором параграфе на основе условия баланса фаз определен спектр частот, которые могут возбуждаться в системе. Показано, что в системе возможны как одномодовый, так и многомодовый режимы генерации гармонических колебаний. В последнем случае спектр частот эквидистантен. При этом межмодовый интервал частот определяется временем задержки сигнала в цепи обратной связи, а фактически - временем распространения

ультразвука от пьезопреобразователя до светового пучка. Наиболее редкий спектр получается, когда световой пучок проходит вблизи пьезопреобразователя. Многомодовый характер работы АО генератора обусловлен тем, что рассматриваемая система является принципиально распределенной и есть конечное время запаздывания сигнала в цепи обратной связи. В этом отношении АО генератор больше похож на лазер, чем на обычные генераторы радиодиапазона. На основе численного примера показано, что такая система отличается высокой чувствительностью к линейным и угловым перемещениям падающего или опорного пучков. Поэтому ее можно использовать в качестве датчика линейных и угловых перемещений.

В третьем параграфе на основе анализа условия баланса амплитуд определено условие самовозбуждения АО генератора. Показано, что функция, характеризующая контур усиления генератора, представляет собой свертку функции оптического гетеродинирования с функцией, описывающей селективные свойства АО взаимодействия. Проведен численный расчет контура усиления при изотропной дифракция для разных значений волнового параметра АО взаимодействия и различных направлений опорного пучка. Показано, что в раман-натовском режиме дифракции максимум усиления соответствует частоте ультразвука, создающей дифрагированный пучок, направленный соосно с опорным пучком. Поэтому изменение направления любого из интерферирующих пучков приводит к сдвигу спектра генерации. Определен порог самовозбуждения генератора и ширина контура усиления для случаев изотропной и анизотропной дифракции.

В четвертом параграфе для режима одномодовой генерации получено выражение и рассчитаны стационарные амплитуды автоколебаний. Результаты численного расчета представлены в виде зависимости амплитуды от нормированного коэффициента обратной связи В. Показано, что при положительных значениях В происходит мягкое возбуждение колебаний, тогда как при В< О возможно лишь жесткое возбуждение. Пороговое значение коэффициента В растет с ростом волнового параметра. Система проявляет мультистабильные свойства: одним и тем же значениям В могут соответствовать состояния системы с разной амплитудой генерации. Переключение системы из одного состояния в другое можно осуществлять оптическими или электрическими импульсами.

В заключении кратко сформулированы основные результаты и выводы диссертационной работы.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ

1. Получены уравнения, описывающие связь между максимумами первого и нулевого порядков при брэгговской дифракции света в многочастотном акустическом поле для случаев изотропного и анизотропного АО взаимодействия. Проведен численный расчет амплитудных, фазовых и угловых характеристик дифракционных максимумов в режиме сильного взаимодействия. Показано, что при многочастотной дифракции расстройки дифракционных переходов сильнее сказываются на характеристиках максимумов, чем в случае монохроматической дифракции. Поэтому даже при брэгговской дифракции нельзя обеспечить полное рассеяние падающего света в первый порядок. Характеристики многочастотной дифракции существенно зависят от анизотропии среды и геометрии АО взаимодействия. Даже при симметричной настройке АО ячейки распределение света по максимумам нулевого и первого порядков не симметрично.

2. Установлено, что, в отличии от монохроматической брэгговской дифракции, при многочастотной дифракции во всех максимумах появляется дополнительный фазовый сдвиг, зависящий от частоты и мощности ультразвука. Вследствие этого, передаточные функции максимумов являются комплексными, что означает появление не только амплитудных, но и фазовых искажений оптического сигнала, проходящего через АО ячейку. Разные максимумы имеют отличающиеся передаточные функции, которые, кроме того, зависят от мощности ультразвука и геометрии АО взаимодействия.

3. Теоретически исследован и подтвержден экспериментально эффект конкуренции дифрагированных мод, когда изменение мощности или частоты одной акустической волны влияет на интенсивность света в максимуме, создаваемом другой волной. Взаимодействие дифрагированных мод первого порядка происходит через нулевой порядок, а взаимодействие волн нулевого порядка - через первый.

4. Проанализированы переходные процессы АО взаимодействия, происходящие в нестационарном акустическом поле при скачкообразном изменении амплитуды, частоты или фазы акустической волны. Показано, что во время переходного процесса происходит изменение амплитудной и частотной структуры дифрагированного пучка. Пучок уширяется, вследствие чего часть дифрагированного излучения попадает в соседние области и возникает паразитная засветка. Доплеровский сдвиг частоты различен в разных точках по сечению дифрагированного пучка и меняется с течением времени.

5. Исследовано влияние оптической анизотропии среды на характеристики АО модулятора света. Показано, что анизотропная дифракция имеет ряд преимуществ перед изотропной. Наибольшее быстродействие модулятора достигается при использовании анизотропной дифракции с углом Брэгга, близким к нулю, тогда как наименьшие световые потери обеспечивает тангенциальное анизотропное рассеяние.

6. Найдена оптимальная геометрия АО взаимодействия и предложена новая схема модулятора, обеспечивающая одновременно низкие световые потери и высокое быстродействие. Показано, что такая геометрия может быть реализована только в двуосных кристаллах, когда плоскость взаимодействия проходит через оптические оси. Численный расчет, выполненный для кристалла йодноватой кислоты, показал перспективность применения этого материала для создания оптимального модулятора.

7. Решена задача о модуляции света в режиме сильного АО взаимодействия. Установлено, что в случае гармонической модуляции форма выходного сигнала модулятора зависит от частоты модуляции и геометрии взаимодействия. Являясь симметричным на низких частотах, отклик модулятора становится резко асимметричным на высоких частотах при приближении к границе полосы модуляции. При этом пиковое значение эффективности дифракции может значительно превысить стационарный уровень. Обнаруженный эффект может быть объяснен нарушением симметрии АО связи между волнами нулевого и первого порядков при рассеянии света в нестационарном акустическом поле. Экспериментальные исследования гармонической модуляции света в режиме сильного АО взаимодействия, выполненные с использованием ячейки из парателлурита, качественно подтвердили теоретические выводы.

8. Теоретически исследован АО оптоэлектронный генератор, в котором сигнал обратной связи формируется благодаря эффекту оптического гетеродинирования. Показано, что в такой системе возможны как одномодовый, так и многомодовый режимы генерации. В последнем случае спектр частот эквидистантен, а межмодовый частотный интервал определяется временем распространения ультразвука от пьезопреобразователя до светового пучка. Контур усиления АО генератора представляет собой свертку функции оптического гетеродинирования с функцией, описывающей селективные свойства АО взаимодействия. Поэтому изменение направления любого из интерферирующих пучков приводит к сдвигу спектра генерации.

9. Для режима одномодовой генерации рассчитаны стационарные амплитуды автоколебаний. Показано, что при положительном коэффициенте обратной

связи В имеет место мягкое возбуждение колебаний, тогда как при В-< О возможно лишь жесткое возбуждение. Система обладает мультистабильными свойствами: одним и тем же значениям В могут соответствовать состояния с разной амплитудой генерации. Переключение генератора из одного состояния в другое можно осуществлять оптическими или электрическими импульсами.

СПИСОК ПУБЛИКАЦИЙ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

1. Балакший В.И., Нагаева И.А. Оптоэлектронный генератор на основе акустооптического взаимодействия. - Квантовая электроника, 1996, Т. 23, № 3, С. 261.

2. Balakshy V.I., Nagaeva I.A. New type acoustooptic generator based on optical heterodyning effect. - Proc. of 10th Topical Meeting of the European Optical Society "Advances in Acousto-Optics", Paris, France Telecom - CNET, 1996, P. 33.

3. Balakshy V.I., Nagaeva l.A. New type generator based on acoustooptic interaction. - Abstr. of 2nd Int. Conf. on Optical Information Processing, St.Petersburg, SAAI, 1996, P. 44.

4. Balakshy V.I., Nagaeva I.A., Sliwinski A. Light diffraction in nonstationary acoustic field. - Proc. SPIE, 1998, V.3581, P. 80.

5. Балакший В.И., Нагаева И.А. Модуляция света акустическими волнами в изотропной среде при сильном акустооптическом взаимодействии. - Вестн. Моск. ун-та, сер. 3, 1999, Т. 40, № 1, (в печати).

6. Балакший В.И., Нагаева И.А. Акустооптическая система для прецизионного измерения угловых и линейных перемещений. - Тезисы докл. на 5-й Всероссийской научно-техн. конф. "Состояние и проблемы технических измерений", Москва, МГТУ им. Н.Э. Баумана, 1998, С. 43.

Отпечатано в типографии ВТИИ Заказ № С-649 тираж 90 экз.