Физические механизмы обращения волнового фронта звуковых пучков и динамика обращаемых полей тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.06 ВАК РФ

Введение

Содержание и структура диссертации

Положения, выдвигаемые на защиту

Глава

§1. Дисперсионные соотношения и скорость звука для акустических колебаний в кристаллах с Ван-дер-Ваальсовской связью во внешнем электрическом поле

§2. Дисперсионные соотношения для звуковых колебаний в ионной цепочке во внешнем электрическом поле

§3. ОВФ при вынужденном комбинационном рассеянии звука

Глава

§1. ОВФ звука при фонон-геликонном взаимодействии в продольном переменном магнитном поле

§2. ОВФ звука при фонон-плазмонном взаимодействии во внешних переменных силовых полях

§3. ОВФ звука при временной модуляции подвижности электронов

Глава

§ 1. Звуковое поле при прожекторном сканировании источника по поверхности ОВФ-слоя

§2. Динамика акустического поля в пространственно-неоднородной параметрической обращающей среде

§3. Аберрация звуковых пучков при параметрическом обращении волнового фронта

§4. Динамика квантованного акустического поля в среде с модулированной скоростью звука

Выводы

Проблема динамического обращения волнового фронта (ОВФ) пучков в реальном времени для полей различной физической природы остается в центре внимания теоретиков и экспериментаторов вот уже на протяжении почти трех десятилетий.

Почти императивную актуальность она приобрела в оптике в 70-х годах в связи с исследованиями по лазерному термоядерному синтезу. С самого начала было очевидно, что решить задачу острой фокусировки мощного лазерного луча, прошедшего через каскад усилителей, вносящих случайные фазовые искажения, с помощью обычных компенсирующих методов, таких как адаптивные или стационарные голографические обращающие системы, дело безнадежное.

Как часто бывает, рецепт решения был уже готов и состоял в самообращении световой волны при вынужденном рассеянии Мандельштама-Бршпоэна (ВРМБ). Теперь кажется удивительным, как долго проходили мимо хорошо известной фундаментальной особенности ВРМБ: фононный распад падающего фотона с импульсом к происходит с образованием фотона с импульсом —к , что по существу и означает обращение. Возможно, объяснение этому кроется в том, что в подавляющем большинстве случаев для описания процессов вынужденного рассеяния использовалась модель плоских волн, при этом теоретики привычно безразлично относились к фазам комплексных амплитуд.

После первых работ по ОВФ при ВРМБ [1,2] возникло понимание того, что в рамках одномерного приближения простой факт фазового сопряжения медленной выходной амплитуды рассеянной назад волны к входной амплитуде падающей (Ц~рС « и¡пс) может означать столь важное пространственное обращение волнового фронта пучка.

Вполне естественно, что внимание было обращено на другие виды нелинейных оптических процессов, где подобное сопряжение имеет место. И, прежде всего на четырехфотонное взаимодействие в среде с безинерционной нелинейностью. При накачке такой среды двумя встречными плоскими пучками частоты со в ней эффективно реализуется однородная в области взаимодействия модуляция диэлектрической проницаемости 8 на частоте 2со. Распространение сигнальной волны частоты со приводит теперь к генерации встречной волны с обращенным фронтом [3-5].

Такой метод обращения наряду с очевидными недостатками, связанными, прежде всего с геометрической пространственной неоднородностью модуляции из-за ограниченности апертуры пучков накачки, имеет свою привлекательную сторону. Среда с модулированной проницаемостью является абсолютно неустойчивой -параметрическое взаимодействие встречных волн в ней сопровождается их усилением за счет перекачки энергии модулятора.

Интересно отметить, что исследование параметрических процессов генерации и усиления электромагнитных волн являлось весьма популярной задачей квантовой электродинамики еще в начале шестидесятых годов [6,7].

В этих работах уже содержался достаточно тривиальный для квантовых бозонных (и фермионных полей) с билинейным взаимодействием на классическом потенциале требуемый результат: для протяженных областей рождение фотонных пар происходит с противоположными импульсами. К сожалению, в оптическом диапазоне не существует физических механизмов, кроме указанного четырехфотонного нелинейного взаимодействия, позволяющего реализовать требуемую модуляцию в. Предлагались и другие, иногда достаточно экзотические схемы оптического ОВФ в реальном времени [8-10].

Следует отметить, что динамическое ОВФ на основе нелинейной оптики по кругу возникающих при его реализации проблем и решаемых с его помощью задач отличается от "классических" голографических методов обращения. Здесь на первое место выдвигаются исследования микроскопических механизмов слабоинерционных нелинейностей, приводящих к ОВФ и специфики пространственной динамики волн в возникающих распределенных нелинейных системах. Эти обстоятельства дают основания выделить динамическое ОВФ в отдельный самостоятельный раздел. В настоящий момент число публикаций, посвященных различным аспектам динамического ОВФ чрезвычайно велико и уже само составление здесь исчерпывающей библиографии составляет собственную непростую задачу (см. например, [11]).

После открытия эффекта динамического ОВФ в нелинейной оптике внимание естественным образом обратилось к акустике1. Практическая актуальность обращения здесь не ниже, чем в оптике и касается, фактически, тех же проблем: компенсация фазовых искажений при распространении звуковых волн в неоднородных средах, например, в акустической дефектоскопии и микроскопии, фокусировка и, особенно, автофокусировка звуковых пучков и т.д.

Лежащая на поверхности идея обращения при четырехфононном взаимодействии акустических волн на обыкновенной

1 Как и в оптике, достаточно интенсивно разрабатывались и разрабатываются акустические адаптивные системы обращения [12-16]. гидродинамической нелинейности, очевидно, несостоятельна из-за отсутствия дисперсии акустической проницаемости среды и, как следствие этого, быстрого размывания энергии накачки по эквидестантному спектру генерируемых акустических гармоник. Были сделаны попытки использовать среды с искусственной акустической дисперсией, например, пузырьковые среды, однако в силу естественных для таких стохастических сред трудностей, связанных с необходимостью поддержания однородного пространственного и резонансного распределения дисперсных частиц, а также низкой эффективности обращения, эти попытки кажутся не слишком перспективными.

В среде с низкоупругими дисперсными частицами, собственные частоты которых близки к звуковым, возникает интересный физический эффект вынужденного комбинационного рассеяния звука (ВКРЗ) [17], во многом аналогичный вынужденному комбинационному рассеянию в оптике. ВКРЗ открывает принципиальный путь к самообращению звуковых пучков [18-19], (см. также гл.1 данной диссертации [93,94]), однако здесь присутствуют все отмеченные выше трудности.

Большое стимулирующее значение имели идеи, высказанные в работах Ф.В. Бункина, Д.В. Власова и Ю.А. Кравцова [20-23], придавшие новый импульс работам по акустическому ОВФ. Основная мысль состояла в использовании для обращения взаимодействия звуковых волн с полями иной физической природы. При этом такое взаимодействие может носить как сосредоточенный поверхностный, так и распределенный объемный характер. Первый случай эффективно сводится к нелинейности или модуляции граничных условий и может быть реализован, например, при взаимодействии объемной волны с индуцированными капиллярными поверхностными волнами [24-26]. Объемное взаимодействие представляет больший интерес, поскольку заранее ясно, что увеличение области взаимодействия (не касаясь чисто механических схем типа движущегося зеркала [27-31]), ведет к росту эффективности обращения. Более того, на этом пути возможно создание неустойчивых сред и, тем самым, реализация ОВФ с усилением. Заметим сразу, что ОВФ с одновременным усилением падающей и обращенной волн предполагает существование в системе вероятности спонтанного рождения фононных пар. Это, в свою очередь, в случае чисто фононной системы, требует реализации бинарного потенциала с классической, зависящей от времени вершиной Vе1 , т.е. модулированной во времени пространственно однородной перенормировки единственной константы - скорости звука.

Простейшими примерами реализации требуемой модуляции скорости звука являются резонансная раскачка собственных колебаний частиц в дисперсных средах, например, за счет электрических пондеромоторных сил, или использование нелинейного пьезоэффекта.

Первые результаты по ОВФ на нелинейном пьезоэффекте в ниобате лития при накачке образца электрическим полем двойной частоты ([32,35], см. также [34,36]) с одной стороны подтвердили правильность общей концепции, а с другой стороны показали настоятельную необходимость поиска физических механизмов и материалов, обеспечивающих более эффективную абсолютную или конвективную параметрическую неустойчивость среды относительно распада падающего фонона с образованием фонона с противоположным импульсом.

На начальном этапе, как и следовало ожидать, основные усилия были сконцентрированы на исследовании возможностей прямой модуляции силовых констант различных сред под действием электромагнитных полей [90-92]. Довольно быстро было выяснено, что эффективность такой модуляции для обычных веществ (оставляя в стороне упоминавшуюся выше пузырьковую среду) весьма низка2.

После этого внимание было обращено на твердые тела. Концептуально возможность реализации параметрического взаимодействия звуковых волн здесь сводилась к следующему. В большинстве твердых тел фононная подсистема не является чистой. Акустические колебания решетки взаимодействуют с другими коллективными колебаниями, например, в твердотельной плазме или в спиновой подсистеме, причем нефоннная мода может быть весьма лабильна по отношению к внешнему электромагнитному воздействию. Модулируя параметры неакустических квазичастиц с помощью внешних полей можно осуществить параметрическое обращение в фононной подсистеме. Заметим, что фонон-коллективные взаимодействия как правило приводят к связанному распространению фонон-коллективной волны с реальным возбуждением в нефононной подсистеме и, тем самым, к изменению дисперсионных соотношений для акустических колебаний.

Для некоторых типов коллективных возбуждений ситуация близка к чистой перенормировке скорости звука. В этом случае, заведомо ясно, что модулирующее поле приводит к параметрической неустойчивости среды.

Принятие указанной концепции, с одной стороны, заставило по-новому взглянуть на некоторые хорошо известные теоретические и

2 Малоисследованным остается случай слабовязких электролитов экспериментальные факты, касающиеся, в частности, взаимодействия волн в спиновых системах и твердотельной плазме, а с другой стороны, определило пути дальнейших поисков физических механизмов параметрического ОВФ звука.

В работах тридцатилетней давности [37-42] подробно исследовалось явление фононного эха в полупроводниках, возникающее как следствие фонон-плазмонного взаимодействия при электрической модуляции дрейфовой скорости электронов. Нетрудно видеть, что здесь реализуется типичный для параметрического ОВФ процесс параметрической генерации встречной звуковой волны, отвечающий двухфононному распаду плазмона. Представляет интерес другой возможный физический механизм реализации параметрического взаимодействия в акустической подсистеме при фонон-плазмонном взаимодействи, основанный на модуляции ленгмюровской частоты за счет изменения равновесной плотности электронно-дырочной плазмы при оптической накачке полупроводника или зиннеровском туннелировании в переменном электрическом поле. Было показано [98,100-102,104-105,108,117], что такая модуляция действительно приводит к достаточно эффективному ОВФ звука. В работе [43] сообщалось об экспериментальном наблюдении фононного эха для такого параметрического механизма в слоистой структуре ниобат лития - арсенид галлия при модулированном оптическом возбуждении.

Интересным физическим механизмом, приводящим к параметрическому взаимодействию в фононной системе при фонон-плазмонном взаимодействии и не имеющим прямого аналога в других распределенных или сосредоточенных колебательных системах, является модуляция подвижности электронов и, тем самым, модуляция диссипации в плазменной ветви [99-103]. Ясно, что среда в таких условиях остается устойчивой и обращение имеет конвекционный характер.

Другой возможной акустически активной коллективной ветвью в газовой и твердотельной плазме является геликонное возбуждение [44-48]. В работе [97] исследовался процесс генерации встречной ОВФ волны при фонон-геликонном взаимодействии в коллинеарном к волновому вектору поперечной звуковой волны переменном магнитном поле. Эффективность параметрического обращения здесь может быть существенно повышена за счет реализации постоянного дрейфа, обеспечивающего акустоциклотронный резонанс в системе.

Наибольшие практические успехи в параметрическом ОВФ звука достигнуты в настоящее время в структурах с эффективным фонон-магнонным взаимодействием при внешнем магнитном возбуждении образца. Существенными обстоятельствами ОВФ в таких системах являются, с одной стороны то, что нули дисперсионного уравнения для магнитоупругих волн приходятся на гиперзвуковые частоты, а с другой стороны, возможность достижения в среде закритического неустойчивого режима генерации. В условиях магнитоакустического резонанса в железо-иттриевом гранате удалось реализовать ОВФ для звуковых пучков частоты -10 ГГц с усилением свыше 50 дБ [49].

В мегагерцовом диапазоне большие надежды связываются с использованием магнитострикционной керамики. К сегодняшнему дню проведен большой цикл исследований по обращению в гематите [50,51] и ферритах [52-55]. В последнем случае удалось достигнуть далекого запорогового режима генерации обращенной встречной волны на частоте ~ 30 МГц с усилением более 80 дБ. Полученные интенсивности пучков отвечают уровню стабилизации в связанной нелинейной системе накачка-среда.

Так же как и в оптике, другой обширной областью исследования параметрического ОВФ является изучение пространственно-временной динамики обращаемых полей в конкретных физических условия -. Здесь в настоящее время сконцентрированы основные экспериментальные усилия [56-64,15]. Получены интересные прямые результаты по самонаведению звуковых пучков в средах с локализованными рассеивателями, визуализации волновых фронтов в симметричных фокальных пучковых системах и т.д. Круг проблем здесь чрезвычайно широк и включает в себя такие принципиальные вопросы как влияние граничных условий на динамику ОВФ поля в докритическом и закритическом режимах, исследование квантовых и тепловых шумов в обращающих системах, влияние собственных акустических и индуцированных неоднородностей активных сред, дифракционные искажения в обращающих системах с конечной апертурой, влияние анизотропии модуляционного ОВФ параметра и т.д. Сюда же относятся вопросы, связанные с изучением механизмов нелинейного ограничения и стабилизации запорогового режима ОВФ.

Теоретические исследования этого круга вопросов находятся еще в начальном состоянии. По существу изучена лишь временная динамика монохроматического звукового пучка в одномерном ограниченном ОВФ-слое. Есть так же несколько интересных работ, посвященных изучению нелинейных механизмов стабилизации за счет магнитоупругой нелинейности [64]. Некоторые вопросы, относящиеся к этой теме, рассматриваются в третьей главе диссертации [95,96,106-115,118-123].

Автор считает приятной обязанностью выразить свою искреннюю благодарность академику Ф.В. Бункину, научные идеи которого явились основой многолетней работы по новому и очень многогранному по физическому содержанию направлению. Для меня также имеет большое значение сохранение и поддержание им интеллектуальной культуры и духа научных школ ФИАНа и ИОФРАНа, что приобретает особое значение в наши дни.

Хочу особенно поблагодарить моего давнего коллегу к.ф.-м.н. А.П. Брысева за стимулирующие обсуждения по всем аспектам ОВФ. Благодаря его энтузиазму и профессиональному экспериментальному подходу они всегда приобретали то ясное практическое содержание, которого часто не хватает теоретику. и

Содержание и структура диссертации.

В диссертации теоретически исследуется круг проблем параметрического обращения волнового фронта звуковых пучков в жидких и твердых телах. По физическому содержанию решаемых задач можно выделить три основные группы вопросов, составляющих отдельные главы диссертации.

1. В первой главе изучается возможность прямой модуляции силовых констант в кристаллах с Ван-дер-Ваальсовской и ионной связью в квазистатических внешних электрических полях. Для кристаллов с первым типом связи перенормировка скорости звука связана с поляризацией частиц, и как следствие этого, возникновением дополнительного эффективного электрического поля, действующего на частицу в звуковой волне и изменяющего жесткость системы. Во втором случае в рамках модели жестких ионов модификация дисперсионных соотношений для акустической ветви возникает в результате изменения равновесных расстояний в системе и так же носит перенормировочный характер. На основе полученных результатов дана оценка для глубины модуляции скорости звука при различных значениях напряженности внешнего электрического поля.

В этой же главе рассматривается параметрическое попутное обращение звукового пучка в пузырьковой среде в результате вынужденного комбинационного рассеяния звука (ВКРЗ) при акустическом возбуждении. Предварительно развита общая теория свободного ВКРЗ, представляющего собой результат параметрического преобразования 5-коррелированного точечного затравочного излучения на резонансной частоте колебаний пузырьков в монохроматическом поле внешней акустической накачки. Наряду с тепловым флуктуационным механизмом возникновения затравочного возбуждения исследуется также индуцированный механизм.

Исследована динамика падающей волны стоксовой частоты с учетом генерации антистоксовой компоненты, сопровождаемая попутным обращением волнового фронта стоксовой волны при ее параметрическом преобразовании в антистоксово излучение.

2. Вторая глава диссертации посвящена изучению возможных механизмов параметрического обращения звука в твердых телах при взаимодействии акустической волны с ленгмюровскими и геликонными возбуждениями в полупроводниковой плазме во внешних электрических, магнитных и оптических полях.

Рассмотрен стационарный режим параметрической генерации встречной обращенной волны в результате модуляции плазменной частоты при фонон-плазмонном взаимодействии на пьезо- и деформационном потенциале. Модуляция реализуется за счет оптического возбуждения электронов в зону проводимости в световых пучках с модулированной интенсивностью, либо туннельного Зиннеровского перехода в переменном электрическом поле.

Изучена возможность осуществления параметрического ОВФ звука при модуляции диссипативных параметров коллективной электронной подсистемы в переменном электрическом поле.

Исследован механизм ОВФ для поперечной звуковой волны при фонон-геликонном взаимодействии в условиях модуляции циклотронной частоты внешним магнитным полем.

В связи с общей постановкой задачи ОВФ в полупроводниках рассматривается важный в общефизическом и прикладных планах вопрос о нелинейном акустическом самопросветлении полупроводниковой среды при распространении мощных звуковых пучков.

3. В третью главу вошли вопросы, касающиеся динамики фононного поля в обращающей параметрической среде в различных физических условиях. Исследован, в частности, стационарный режим обращения при прожекторном сканировании падающего звукового пучка конечной апертуры по поверхности обращающего слоя. Изучено влияние акустической неоднородности активной среды на обращение, исследована в докритическом режиме дифракция обращенной в плоском активном слое волны с учетом ее реальной амплитудной модуляции на выходной поверхности слоя. Рассмотрен стационарный режим генерации в нелинейном акустическом резонаторе с ОВФ заполнением. Дано квантованное описание поля в неустойчивой узкополосной параметрической среде и на этой основе определены импульсное распределение квантового шума (при Т=0) в системе и пространственно-временная эволюция когерентного состояния, отвечающего полю точечного излучателя с учетом анизотропии модуляционной перенормировки скорости звука. Рассмотрен вопрос об амплитудно-фазовых искажениях гауссовского обращаемого пучка для докритического и запорогового режима обращения. Исследовано влияние дополнительной сосредоточенной обратной связи типа отражающей плоскости на динамику обращения.

Актуальность темы диссертации определяется в целом практической важностью ОВФ звуковых пучков. Возможность динамической компенсации фазовых искажений при распространении акустических пучков в неоднородных средах открывает в свою очередь принципиальный путь к созданию акустических систем ультразвуковой микроскопии с дифракционным уровнем разрешения.

Большие перспективы параметрические ОВФ системы могут иметь в прецизионной акустической дефектоскопии. Системы ОВФ с усилением делают реальным создание силовых звуковых элементов с автоматическим острым наведением на рассеивающий объект и даже захватом акустического пучка в добротную резонаторную систему рассеиватель-ОВФ отражатель.

Вопросы, рассмотренные в диссертации, имеют и самостоятельный общефизический интерес. Свободное вынужденное комбинационное рассеяние звука, индуцированное спонтанными точечными источниками является интересным и важным нелинейным эффектом в низкоупругих дисперсных средах.

Изучаемые во второй главе диссертации фонон-коллективные механизмы ОВФ звука в полупроводниках представляют одновременно интерес с точки зрения исследования структуры полупроводников и характеристик полупроводниковой плазмы, а также работы дрейфовых полупроводниковых усилителей.

Вопросы, затронутые в третьей главе диссертации, важны для понимания общей картины пространственно-временной динамики поля в распределенных параметрических системах при различных физических параметрах последней.

Основные результаты диссертации опубликованы в 30-ти статьях в иностранных и ведущих отечественных научных журналах [90-123]. Докладывались на научных семинарах ИОФ РАН и ФИАН и международных конференциях [101,105,111,118].

Основные положения, выдвигаемые на защиту.

1. Результаты теоретического исследования влияния электрического поля на акустические параметры среды, которые показывают, что внешнее переменное электрическое поле в кристаллах с Ван-дер-Ваальсовской и ионной связями обеспечивает необходимую для параметрического обращения волнового фронта (ОВФ) звуковых пучков модуляцию скорости звуковых волн с глубиной модуляции, зависящей от типа связи.

2. Результаты теоретического исследования вынужденного комбинационного рассеяния звука в пузырьковой среде (ВКРЗ), которые показывают, что генерация антистоксового излучения при ВКРЗ обеспечивает попутное ОВФ звукового пучка.

3. Результаты теоретического исследования фонон-геликонного взаимодействия в твердотельной плазме в переменном внешнем магнитном поле, которые показывают, что такое взаимодействие обеспечивает ОВФ поперечной звуковой волны в диапазоне частот 100-1000 МГц.

4. Результаты теоретического исследования фонон-плазмонного взаимодействия в полупроводниковой плазме при периодической лазерной засветке образца, или воздействии на образец периодического импульсного электрического поля, которые показывают, что возникающие в этих условиях модуляция заселенности зоны проводимости (за счет оптического возбуждения или зиннеровского туннелирования) или модуляция подвижности электронов обеспечивают эффективное ОВФ звуковых пучков.

5. Результаты теоретического исследования параметрического ОВФ при сканировании звукового пучка по поверхности обращающего слоя, которые показывают, что в определенной области параметров пучка и слоя возникают аномально большие амплитудные искажения обращенной волны.

6. Результаты теоретического исследования сверхрегенеративного режима параметрического ОВФ звука в системах с запаздывающей обратной связью, которые показывают, что такие схемы позволяют повысить чувствительность отражающих акустоскопических и дистанционных систем.

7. Результаты теоретического исследования стационарного режима параметрического обращения звукового поля точечного излучателя на ОВФ-элементе с ограниченной угловой апертурой, которые показывают, что при больших коэффициентах усиления обращенной волны возникают сильные дифракционные аберрации обращенной волны в фокальной области.

8. Результаты теоретического исследования распространения гауссовского звукового пучка в плоском параметрическом обращающем слое, которые показывают, что, при толщине слоя близкой к критической стационарное обращение сопровождается резким изменением амплитудного профиля обращенного пучка.

9. Результаты теоретического исследования генерации звука переменным внешним магнитным полем в обращающем параметрическом ферритовом слое с хорошо отражающими границами, которые показывают, что обратное влияние звука на контур магнитной накачки приводит к нелинейному ограничению амплитуды акустического поля.

10. Результаты теоретического исследования динамики квантованного акустического поля в кристаллической параметрической обращающей среде, которые показывают, что анизотропия одночастотной модуляции скорости звука приводит к возникновению трех различающихся по частотам неустойчивых мод акустического поля с различными инкрементами усиления и избирательной (в импульсном пространстве) генерации квантового и теплового шумов.

Выводы

1. Внешнее электрическое поле в кристаллах с Ван-дер-Ваальсовской связью приводит к модуляции Ас скорости с

А с о продольной звуковой волны с относительной глубиной--10 . с

Эффективная длина X параметрического взаимодействия, отвечающая коэффициенту К отношения амплитуды обращенной волны к входной амплитуде падающей К~ 1 при этом составляет величину 1,-1,5 см для частоты звуковых волн/~100 МГц.

2. Внешнее электрическое поле в ионных кристаллах приводит к модуляции Ас скорости с звуковой волны с относительной глубиной ~10~4. Эффективная длина Ь параметрического взаимодействия, с отвечающая коэффициенту К отношения амплитуды обращенной волны к входной амплитуде падающей К~ 1 при этом составляет величину 1,-15 см для частоты звуковых волн/-100 МГц.

3. Генерация антистоксовой компоненты излучения при вынужденном комбинационном рассеянии звука в пузырьковой среде приводит к попутному обращению волнового фронта (ОВФ) звукового пучка стоксовой частоты с коэффициентом усиления -10"1 см"1.

4. Фонон-геликонное взаимодействие в полупроводниковой плазме в переменном магнитном поле приводит к ОВФ поперечной звуковой волны с эффективностью -10"1 % на длине взаимодействия -1 см. В газовой плазме при низких частотах электронных столкновений эффективность преобразования может быть значительно выше.

5. Фонон-плазмонное взаимодействие в полупроводниковой плазме при периодической лазерной засветке образца или воздействии периодического импульсного электрического поля в условиях взаимодействия электронной и фонной подсистем на деформационном потенциале позволяет реализовать ОВФ звукового пучка в диапазоне частот 10-100 МГц с эффективностью ~10% на длине взаимодействия —10 см. Тот же механизм параметрического обращения на основе модуляции заселенности зоны проводимости при пьезоэлектрической фонон-электронной связи обеспечивает 50% преобразование на длине -0.25 см. Эффективность преобразования может быть повышена за счет индуцированного дрейфа электронов.

6. Параметрическое ОВФ звука в указанном в п.5 диапазоне частот в полупроводниковом образце при фонон-плазмонном взаимодействии в условиях модуляции подвижности электронов в переменном внешнем электрическом поле позволяет достичь эффективности ~ 10% на длине взаимодействия ~ 1 см.

7. При сканировании монохроматического звукового пучка по поверхности параметрического докритического обращающего слоя передний фронт обращенного пучка репродуцирует фронт падающего. Задний фронт затягивается при приближении толщины слоя к критической, образуя в пределе постоянный пьедестал. При этом для широкого падающего пучка генерация встречного сопровождается его усилением.

8. Запаздывающая обратная связь типа отнесенной отражающей поверхности в параметрических обращающих системах меняет порог самовозбуждения и инкремент неустойчивости, причем эти параметры эффективно зависят от коэффициента отражения и времени запаздывания в системе. На этой основе предложены прецизионные методы отражательной акустоскопии и акустической дистанциометрии.

9. Стационарное обращение звукового поля точечного монохроматического излучателя на параметрическом ОВФ-элементе с конечной угловой апертурой сопровождается искажениями выходного амплитудного распределения, растущими с увеличением толщины ОВФ-слоя, и вследствие этого, значительными дифракционными аберрациями обращенного пучка в фокальной области.

10. Анализ непараболических поправок показывает, что распространение монохроматического гауссовского звукового пучка в докритическом плоском параметрическом обращающем слое сопровождается изменением пространственного фурье-спектра и, как следствие этого, изменением амплитудного профиля обращенного пучка, растущим с ростом эффективной толщины слоя. В закритическом режиме обращенный пучок сохраняет гауссовский профиль, при этом радиус перетяжки растет во времени.

11. Параметрическая электромагнитная генерация звука в акустическом резонаторе с конечной мощностью источника накачки приводит к нелинейному ограничению амплитуды акустического поля.

12. Анизотропия модуляции скорости звука в кристаллах приводит к параметрическому взаимодействию продольных с частотой соь и поперечных с частотой сот фононов в условиях частотного синхронизма а>1+сот=С2, где £2 - частота модулятора, наряду с параметрическим взаимодействием в системах чисто продольных или поперечных фононов с частотой £112. В условиях указанного синхронизма возникает неустойчивость соответствующих частотных мод с различными инкрементами усиления, зависящими также от импульсов фононов. Это приводит к избирательной (в импульсном пространстве) генерации теплового и квантового шумов в системе.

1. Зельдович Б.Я., Поповичев В.И., Рагульский В.В., Файзулов Ф.С. О связи между волновыми фронтами отраженного и возбуждающего света при ВРМБ. Письма в ЖЭТФ, 1972, т.15, в.З, с.160

2. Носач О.Ю., Поповичев В.И., Рагульский В.В., Файзулов Ф.С. компенсация фазовых искажений в усиливающей среде с помощью «бриллюэновского зеркала». Письма в ЖЭТФ, 1972, т. 16, с.617.

3. Степанов Б.И., Ивакин Е.В., Рубанов А.С. О регистрации плоских и объемных динамических голограмм в просветляющихся веществах. ДАН СССР, 1971, т. 196, с.567.

4. Waerdman Y.P. Formation of a transient free carrier hologram in Si. Opt. Comm., 1970, v.2, p.212.

5. Hellwarth R.W. Generation of time-reversed were front by nonlinear reflection. G. Opt. Soc. Am., 1977, v.67., p.l.

6. Kroll N., Ron A., Rostoker N. Optical mixing as a plasma density probe. Phys. Rev. Lett., 1964, v.13, p.83.

7. Kroll N. Phys. Parametric amplification in spatially extended media and application to the design of tuneable oscillators at optical frequencies, Phys. Rev., 1962, v.127, p.1207.

8. Abella I.D., Kurnit N.A., Hartmann S.R. Photon echots. Phys. Rev., 1966, v.141, p.391.

9. Руденко O.B., Солуян С.И. Теоретические основы нелинейной акустики. 1975, М., Наука.

10. Штырков Е.П., JIobkob B.C., Ярмухаметов Н.Г. Решетки наведенные в Rb интерференцией атомных состояний. Письма в ЖЭТФ, 1978, т.27, с.685.

11. Зельдович Б.Я., Пилипецкий Н.Ф., Шкунов В.В. Обращение волнового фронта. 1985 М. Наука.

12. Fink М., Prada С., Wu F., Cassereau D. Self focusing with time reversal mirrow in inhomogeneous media. Proc. IEEE Ultrason. Symp., Montreal. P. Q. Canada, 1989, v.2, p.681.

13. Nikoonahad M., Pusateri T.L. Ultrasonic phase conjugation. J. Appl. Phys., 1989, v.66, № 9, p.4512.

14. Fink M. Time reversal of ultrasonic fields Part I: Basic principles. IEEE Trans. Ultrason. Ferroelec. Freq. Cautr. 1992, v.39. No 5, p.555.

15. Wu F., Thomas G.L., Fink M. Time reversal of ultrasonic fields Part II: Experimental results. IEEE Trans. Ultrason. Ferroelec. Freq. Contr. 1992, v.39, No 5, p.567.

16. Маляровский А.И., Пыльнов Ю.В. Труды ПОФ РАН, 1990, т.22, с.53, М. Наука.

17. Букин Ф.В., Власов Д.В., Заболотская Е.А., Кравцов Ю.А. Активная акустическая спектроскопия пузырьков. Акуст. журн., 1983, т.29, с.169.

18. Бункин Ф.В., Власов Д.В., Заболтская Е.А., Кравцов Ю.А. Температурный и музырьковый механизм четырехволнового обращения фронта звуковых пучков. Письма ЖТФ, 1981, т.7, № 9, с.560.

19. Кустов Л.М., Назаров В.Е., Сутин A.M. Обращение волнового фронта акустической волны на пузырьковом слое. Акуст.журн., 1985, т.31, в.6, с.837

20. Бункин Ф.В., Власов Д.В., Кравцов Ю.А. К вопросу об обращении волнового фронта звука с усилением обращенной волны. Кв.эл-ка, 1981, т.8, в.5, с. 1144.

21. Бункин Ф.В., Власов Д.В., Кравцов Ю.А. Обращение волнового фронта в акустике. В сб.: Обращение волнового фронта излучения в нелинейных средах. Горький: изд-во ИПФ АН СССР, 1982, с.63.

22. Бункин Ф.В., Власов Д.В., Кравцов Ю.А. Обращение волнового фронта в акустике: нелинейные механизмы и возможные применения. Препринт ФИАН №90,1982.

23. Бункин Ф.В., Власов Д.В. ОВФ в акустике. Вестник АН СССР, 1982, № 11, с.52.

24. Бункин Ф.В., Власов Д.В., Кравцов Ю.А. Обращение волнового фронта и самофокусировка звука за счет нелинейного взаимодействия с поверхностью жидкости. Письма в ЖТФ, 1981, т.7, в.6, с.325.

25. Андреева Н.П., Бункин Ф.В., Власов Д.В., Каршиев К. Экспериментальное наблюдение явления обращения волнового фронта звука на поверхности жидкости. Письма в ЖТФ, 1982, т.8, в.2, с.104.

26. Пушкина Н.И. Обращение волнового фронта поверхностью квантовой жидкости. Сб. трудов XI Международного симпозиума по нелинейной акустике. Новосибирск, 1987, т.1, с.468.

27. Зельдович Б.Я., Пилипецкий Н.Ф., Сударкин А.Н., Шкунов В.В. Обращение волнового фронта поверхностью. ДАН СССР, 1980, т.252, с.92.

28. Брысев А.П., Бункин Ф.В., Власов Д.В., Гервиц JI.JI. Плоское параметрическое зеркало, обращающее волновой фронт. Письма вЖТФ, 1982, т.8, в.9, с.554.

29. Бункин Н.Ф., Власов Д.В. Расчет плоского параметрического зеркала. Препринт ФИАН, 1983, № 91.

30. Лямшев Л.М., Саков П.В. Обращение волнового фронта при нелинейном рассеянии звука на пульсирующей сфере. Акуст.журн., 1988, т.34, в.1, с. 127.

31. Гриб А.А., Мамаев С.Г., Мостепаненко В.М. Квантовые эффекты в интенсивных внешних полях. 1980, М. Атомиздат.

32. Thompson R.R., Quate C.F. Nonlinear interaction of microwave electric fields and sound in LiNbOg. J. Appl. Phys., 1977, v.42, p.907.

33. Luukkala M., Surakka J. Acoustic convolution and correlation and the associated nonlinear parameters in LiNbOg. J. Appl. Phys., 1972, v.43, p.2510.

34. Ohno M. Generation of acoustic phase conjugate waves using nonlinear electroacoustic interaction in LiNbOg. Appl. Phys. Lett., 1989, v.54, № 20, p. 1979.

35. Ohno M. Wave front reversal in acoustic phase conjugation by nonlinear electroacoustic interaction in LiNbOg. Appl. Phys. Lett., 1989, v.55, № 9, p.832.

36. Ohno M. An acoustic Imaging system using phase coniugate waves. Proc. of 10th Symposium on Ultrasonic Electronics, Tokyo 1989, Jap. Journ. Of Appl. Phys., 1990, v.29, suppl.29-1, pp.299.

37. Левин B.M., Чернозатонский Л.А. Параметрическое усиление акустических волн в пьезополупроводниках. ФТТ, 1969, т. 11, с.3308.

38. Левин В.М., Чернозатонекий Л.А. Распространение акустических волн в пьезополупроводнике, помещенном в переменное электрическое поле. ЖЭТФ, 1970, т.59, с. 142.

39. Чабан А.А. Об одном нелинейном эффекте в пьезоэлектрических полупроводниках. ФТТ, 1967, т.9, с.3334. Взаимодействие ультразвуковых волн в переменном электрическом поле в пьезоэлектрических кристаллах. ФТТ, 1969, т.11, с. 1973.

40. Каекина Т.М. Генерация дополнительного сигнала ультразвуковой волной в кристалле CdS в переменном электрическом поле. ФТТ, 1968, т. 10, №7, с.2244.

41. Shiren N.S., Melcher R.L. Polarization echoes in piezoelectric semiconductors. J. Electron. Mater., 1975, v.4, № 5, p.l 143.

42. Melcher R.L., Shiren N.S. New class of polarisation echoes. Phys. Rev. Lett., 1975, v.34, № 12, p.731.

43. Kawanago S., Nakagawa Y. Surface acoustic wave parametric generation with pumping of light. J. Appl. Phys., 1987, v.61, № 4, p.1415.

44. Bok Y., Nozieres P. Y. Phys. Chem. Solids, 1963, v.24, p.709.

45. АкримовГ. ФТТ, 1963, т.5, c.1310.

46. Langenberg D.N., Bok Y. Phys. Rev. Lett., 1963, v.l 1, p.549.

47. Quinn G.G., Rodrigues S. Phys. Rev. Lett., 1963, v.l 1, p.552.

48. Скобов В.Г., Канер Э.А. ЖЭТФ, 1964, т.46, с.273.

49. H.van de Vaart, Lyons D.H., Damon R.W. Paramtric excitation and amplification of magnetoelactic waves. J. Appl. Phys., 1967, v.38, p.360.

50. Красильников B.A., Маматова T.A., Прокошев В.Г. Параметрическое усиление при обращении волнового фронта магнитоупругой волны в гематите. ФТТ, 1986, т.28, в.2, с.615.

51. Евтихеев H.H., Преображенский В.Л., Савченко М.А., Экономов H.A. Вопросы радиолектроники, сер. общетехнические, 1978, в.2, стр.124.

52. Брысев А.П., Бункин Ф.В., Власов Д.В., Крутянский Л.М., Преображенский B.JL, Стаховский А. Д. Параметрическое обращение фронта ультразвуковой волны в феррите. Акуст. журн., 1988, т.34, в.6, с.1120.

53. Брысев А.П., Бункин Ф.В., Власов Д.В., Крутянский Л.М., Преображенский В.Л., Стаховский А.Д. Регенеративный режим усиления звуковых волн с обращением волнового фронта в феррите. Акуст. журн., 1988, т.34, в.6, с.986.

54. Брысев А.П., Бункин Ф.В., Власов Д.В., Казаров Ю.Е. Экспериментальная реализация модели ПОФУЗа на ниобате лития. Письма в ЖТФ, 1982, т.8, в.9, с.546.

55. Ohno M. Jap. J. Appl. Phys., 1992,v.31, p.143.

56. Ohno M„ Takagi K. Appl. Phys. Lett., 1992, v.60, p.29.

57. Ohno M. An acoustic imaging system using phase conjugate waves. Jap. Journ. Appl. Phys, 1990, v.29, suppl. 29-1, p.299-301.

58. Преображенский В.Л. Мощность излучения при параметрическом обращении фронта ультразвука в магнетике. Акуст. журн., 2000, т.46. в.6, с.847.

59. Луговой В.Н. Излучение стоксовых и антистоксовых компонент произвольных порядков при вынужденном комбинированном рассеянии. Оптика и спектроскопия, 1966, т.21, с.293.

60. Rosenman I. Solid State Commun., 1965, v.3, p.405.

61. Pauwels H.J.E.H. MIT Res. Lab. Electron. 1964, QTR No 72 p. 15ff

62. Kirsch J., Miller P.B. Phys. Rev. Lett., 1962, v.9, p.421.

63. Spector H.N. Phys. Rev., 1962, v. 127, p. 1084.

64. Мэзон У. Пьезоэлектрические кристаллы и их применения в ультраакустике. 1952, М. Иностранная литература.

65. Eds. Burstein Е., Lundgvists. Tunneling Phenomeno in Solids. 1969, London.

66. Займан Дж. Принципы теории твердого тела. 1974, М. Мир.

67. Киреев JI.C. Физика полупроводников. 1975, М. Высшая школа.

68. Bobroff D.L. Haus Н.А. Impulse response of active coupled wave systems. J. Appl. Phys., 1967, v.38, № 1, p.390.

69. Kroll N.M. Excitation of hypersonic vibrations by means of photoelastic coupling of high-intensity light waves to elastic waves. J. Appl. Phys., v.36,Nl,p.34.

70. Горбунов JI.M. Переходные процессы в нелинейных параметрически неустойчивых средах. ЖЭТФ, 1972, т.62, с.2141.

71. Горбунов JI.M. Развитие параметрической неустойчивости в ограниченной области пространства. ЖЭТФ, 1974, т.67, с. 13 86.

72. Горбунов JI.M. К теории абсолютных параметрических неустойчивостей. ЖТФ, 1977, т.47, с.36.

73. Власов Д.В., Сангев А.И., Таланов В.И. Эффект компенсации зеркалом ОВФ искажений падающей волны в нелинейном и неоднородной среде. Препринт ФИАН № 92, 1983, Москва.

74. Вайнштейн JI.A. Открытые резонаторы и открытие волноводы, 1966, М. Советское радио.

75. Андронов А.А., Витт А.А., Хайкин С.Э. Теория колебаний. 1959, М. Издательство: физико-математической литературы.

76. Боголюбов H.H., Митропольский Ю.А. Асимптотические методы в теории нелинейных колебаний. 1963, М. Гос. изд. Физико-математической литературы.

77. Kline М., Kay I.W. Electromagnetic theory and geometrical optics. 1965, New York.

78. Солимено С., Крозиньяни Б., Парто П.Ди. Дифракция и волноводное распространение оптического излучения. 1989, М. Мир.

79. Киттель Ч. Квантовая теория твердых тел. 1967, М. Наука.

80. Хакен X. Квантовополевая теория твердого тела, 1980, М. Наука.

81. Борн М., Хуань Кунь. Динамическая теория кристаллических решеток. 1958, М. Ил.

82. Ландау Л.Д., Лифшиц Е.М. Механика сплошных сред. 1954, М. Гос. изд. технико-теоретической литературы.

83. Боголюбов H.H., Ширков Д.В. Введение в теорию квантованных полей. 1976, М. Наука.

84. Стрельцов В.Н., Власов Д.В. Дисперсионные соотношения для колебаний в ионной цепочке во внешнем электрическом поле. Краткие сообщения по физике, 1983, № 10, с.13-16.

85. Власов Д.В., Стрельцов В.Н., Дисперсионные соотношения и скорость звука для акустических колебаний в кристалле в постоянном электрическом поле. ЖТФ, 1984, т.54, с.838-841.

86. Bunkin F.V., Vlasov D.V., Lyakhov G.A., Romanovsky M.Yu., Strel'tsov V.N. Elecnroinduced anysotropy of acoustical properties of isotropic media. Phys. Lett., 1984, v.l 10a, v.2, p.95-97.

87. Власов Д.В., Стрельцов В.Н. Вынужденное комбинационное рассеяние звука в одночастотном внешнем поле. Акуст. журн., 1986, т.13, № 7, с.32-38.

88. Стрельцов В.Н. Антистоксово ВКРЗ и обращение волнового фронта звуковых пучков. ЖТФ, 1985, т.55, в.8, с.1489-1493.

89. Стрельцов В.Н. Параметрическое усиление волн в среде с пространственной модуляцией скорости звука. Краткие сообщения по физике, 1984, № 5, с.3-5.

90. Стрельцов В.Н. Параметрическое возбуждение звука в акустическом резонаторе. Краткие сообщения по физике, 1984, № 8, с.29-31.

91. Брысев А.П., Стрельцов В.Н. Об обращении волнового фронта звуковых пучков в переменном магнитном поле. Акуст. журн., 1986, т.32, № 5, с. 658-661.

92. Стрельцов В.Н. Оптико-акустическое взаимодействие в полупроводниках и обращение волнового фронта звуковых пучков. Квант, электроника, 1986, т. 13, № 10, с.2144-2146.

93. Стрельцов В.Н. Фонон-плазмонное взаимодействие при временной модуляции подвижности электронов и ОВФ звуковых пучков. Акуст. журн., 1988, т.34, в.2, с.371-373.

94. Брысев А.П., Стрельцов В.Н. Оптоакустическое взаимодействие и обращение волнового фронта звуковых пучков в пьезополупроводниках. Акуст. журн., 1986, т.32, в.4, с.564-566.

95. Брысев А.П., Стрельцов В.Н. ОВФ звуковых пучков при оптоакустическом взаимодействии в полупроводниках. Сб. трудов XI Международного симпозиума по нелинейной акустике. Новосибирск, 1987, т.1, с.438-441.

96. Брысев А.П., Стрельцов В.Н. Фонон-плазмонное взаимодействие при зеннеровском туннелировании в переменном электрическом поле и ОВФ звука. Краткие сообщения по физике, 1987, № 5, с.26-28.

97. ЮЗ.Брысев А.П., Стрельцов В.Н. ОВФ звуковых пучков в пьезополупроводниках при модуляции подвижности электронов внешним электрическим полем. Краткие сообщения по физике, 1987, №9, с.9-11.

98. Брысев А.П., Стрельцов В.Н. О возможности использования эффекта Зиннера для ОВФ звуковых пучков. Акуст. журн., 1988, т.34, в.1, с.167-170.

99. Strel'sov V.N., Brysev А.Р. Phase conjugation of acoustic waves in semiconductors. Proc. of 1st France Conference on Acoustics, Lyon, France, 1990, Colloque de Physique, suppl., № 2, v.51, Fevbruary 1990, p. C2-85, c2-88.

100. Брысев А.П., Стрельцов В.Н. О параметрической неустойчивости звукового пучка в отражающем слое. Краткие сообщения по физике, 1988, № 12, с.15-17.

101. Брысев А.П., Стрельцов В.Н. ОВФ звука в двуслойной параметрической среде. Краткие сообщения по физике, 1989, № 2, с.15-17.

102. Брысев А.П., Стрельцов В.Н. Амплитудные искажения обращенной волны при нестационарном запороговом распространении гауссовского пучка в акустическом слое ОВФ. Краткие сообщения по физике, 1991, № 1, с.9-12.

103. Брысев А.П., Стрельцов В.Н. Стационарное распространение гауссовского пучка в параметрическом слое ОВФ. Краткие сообщения по физике, 1991, № 5, с.ЗЗ-Зб.

104. Brysev А.Р., Strel'tsov V.N. The amplitude-phase distortion at the parametric sound wave conjugation. Suppl. au Journ. de Physique 111, №4, Colloque Cl, v.2, Avril 1992, p. Cl-903, cl-906. Proc. of 2nd France Conference on Acoustics. France arcachon.

105. Strel'tsov V.N. Phase conjugation in a parametric system with a lougitudihal inhomogeneity of the speed of sound. BRAS. Physics/supplement physics of vibrations, 1993, v.l, № 3, p.129-131.

106. Strel'tsov V.N. Sonic field induced by a source moving over the surface of a phase conjugation layer. BRAS. Physics/supplement physics of vibrations, 1993, v.l, № 3, p.123-129.

107. Strel'tsov V.N. Parametric phase conjugation in systems with delayed feedback control. BRAS. Physics/supplement physics of vibrations, 1993, v.l, № 2, p.69-72.

108. Brysev A.P., Bunkin F.V., Stakhovsky A.D., Strel'tsov V.N. Parametric acoustic microscope with feedback control. BRAS. Physics/supplement physics of vibrations, 1993, v.l, № 2, p.73-76.

109. Strel'tsov V.N., Krutov V.V. Propogation of a high-power acoustic beam in a semiconductor accompanied by phonon-plasmon interaction. BRAS. Physics/supplement physics of vibrations, 1994, v.58, № 1, p.26-29.

110. Strel'tsov V.N. Phase conjugation of a sound wave in photo-acoustic interaction in a electroacoustic amplifier. BRAS. Physics/supplement physics of vibrations, 1995, v.59, № 2, p.78-82.

111. Strel'tsov V.N. Phase conjugation of sound wave, generated by the mouving source. Proc. of 2nd France Conference on Acoustics.

112. France/Arcachon. 1992. Suppl. Au Journ.de Physique 111, № 4, Colleque CI, v.2,arriel 1992, p. CI-899, c 1-902.

113. Strel'tsov V.N. Generation of sound in a resonator with a bubble medium. BRAS. Physics/supplement physics of vibrations, 1996, v.60, № 4, p.227-229.

114. Strel'tsov V.N. Focal Distribution of the field in phase conjugation of sound beams. BRAS. Physics/supplement physics of vibrations, 1996, v.60, № 4, p.224-226.

115. Strel'tsov V.N. Parametric generation in an acoustic resonator with nonlinear excitation. BRAS. Physics/supplement physics of vibrations, 1997, v.61, № 4, p.228-230.

116. Strel'tsov V.N. Dynamics of quantized acoustic field in a medium with modulated speed of sound. BRAS. Physics/supplement physics of vibrations, 1998, v.6, № 4, p.314-318.

117. Strel'tsov V.N. Thermal and quantum noises at polarization interaction of phonons in a medium with modulated speed of sound. BRAS. Physics/supplement physics of vibrations, 1999, v.7, № 3, p.137-141.ámí -ï-м