Влияние электрических полей на акустоэлектронные и акустооптические взаимодействия в кристаллах тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.07 ВАК РФ

БЕЛОРУССКИЙ ОРДЕНА ТРУДОВОГО КРАСНОГО ЗНАМЕНИ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ИМЕНИ В.И. ЛЕНИНА

. Д

I.)

'■'•■•• На правах рукописи

БЕЛЫЙ Владимир Николаевич

ВЛИЯНИЕ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ПОЛЕЙ НА АКУСТ ОЭЛЕКГРОННЫЕ И АКУСТООПГИЧЕСКИЕ ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ В КРИСТАЛЛАХ

(01.04.07 - физика твердого тела + 01.04.05 - оптика)

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени доктора физико-математических наук

Минск 1992

Работа выполнена в ордена Трудового Красного Знамени Институте физики им. Б.И.Степанова Академии наук Беларуси

Официальные оппоненты: доктор физико-математических наук,

профессор БАРКОВСКИЙ Л.М.

доктор Физико-математических наук, профессор ЧЕРН03АТ0НСКИЙ Л.А.

доктор Физико-математических наук, старший научный сотрудник ГУСАК H.A.

Ведущая организация: Институт радиотехники и электроники АН России

Защита состоится " & " 1592 г. в 14 часов на

заседании специализированного Совета Д 056.03.05 в Белорусском государственном университете (220060, г.Минск, пр. Ф.Скорины, 4).

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Белгосунивер-ситета.

Автореферат разослан "ЗО " с/Ь/^/ЗТCt^ 1992 г.

Ученый секретарь специализированного Совета кандидат ¿иэико-математических наук у у

до;я:ит ^____В.Ф.Стельмах

.. ! ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОШ

'^¡^Актуальность теш. Исследование влияния внешних воздействий (электрического и магнитного полей, упругих напряжений) на акустозлектрон-ные и акустооптические взаимодействия является центральной проблемой современной параметрической кристаллоакустики и кристаллооптики. Данная проблема актуальна как для развития фундаментальных представлений об основных закономерностях распространения и взаимодействия электромагнитных и акустических волн в кристаллах во внешних полях, так и в чисто прикладном плане - для управления параметрами волн и повышения эффективности систем передачи и обработки сигнальной информации.

Внепние (постоянные и переменные) поля изменяют упругие и диэлектрические свойства кристаллов и вместе с ними пространственные, поляризационные и энергетические характеристики волн. Внешне статические и динамические параметрические воздействия используются при создании твердотельных элементов акустических, акустоэлектронных и акустоопти-ческих устройств с управляемыми в процессе работы характеристиками. Такие устройства находят все возрастающее применение в квантовой электронике (дефлекторы, модуляторы, перестраиваемые фильтры), радиоэлектронике (усилители и генераторы ультразвука, линии задержки, корреляторы, сверхбыстродействующие процессоры). Расширение возможностей применения акустоэлектронных и акустооптических устройств, их расчет Н оптимизация немыслимы без развития соответствующей теории волновых процессов, происходящих в кристаллах во внешних электрических полях.

Особенности распространения объемных и поверхностных акустических и электромагнитных (ЭМ) волн в кристалле определяются анизотропией его упругих и диэлектрических свойств. Поэтому первостепенной заг-дачей при исследовании параметрических эффектов является изучение вынужденной анизотропии физических свойств кристаллов, создаваемой внешними, в частности, электрическими полями различной геометрии.При этом в центросимметричных кристаллах с сильной деформационной зависимостью диэлектрической проницаемости (параэлектрики,сегнетокерамики) возможно наблюдение ряда новых электроиндуцированных эффектов, обусловленных деформацией акустических поверхностей: смещение и расщепление акустических осей и связанные с ними коническую рефракцию и фононное концентрирование. Особый интерес представляют электроинду-цированные акустические эффекты в неоднородных электрических полях.

Применение таких полей позволяет создать управляемые устройства для сканирования и фокусирования акустических пучков - электроакустические дефлекторы и линзы.

Электроиндуцированные изменения упругих свойств оказывают влияние на распространение ультразвуковых (УЗ) волн в слоистых структурах, содержащих центросимметричные параэлектрики и полупроводниковые слои с дрейфом носителей заряда. В последнем случае при изучении акустоэлектронного взаимодействия в условиях полного отражения и наличии акустического контакта возникает проблема выбора вида решений для УЗ волны, преломленной внутрь пьезополупроводника с электронными (дырочными) потоками. При этом необходима разработка нового подхода к решению граничных задач, на основе которого может быть развита теория усиления ультразвука в условиях полного отражения.

На границах слоистых структур существуют разнообразные типы ПАВ, влияние электрических полей на распространение которых представляет значительный интерес из-за высокой чувствительности изменения скорости к внешним воздействиям. Эффективное управление коэффициентом отражения и глубиной локализации ПАВ можно получать при использовании электроакустических реыеток, созданных на поверхности центро-сииметричного кристалла с помощью пространственно-периодических электрических полей. Особенности распространения ПАВ в таких решетках до настоящего времени не исследовались.

В последнее время наряду с акустической анизотропией кристаллов при воздействии статического поля интенсивно изучается взаимодействие упругих волн с переменными электрическими полями, в частности, с электромагнитными волнами СВЧ диапазона. Дня решения проблем управления поляризацией упругих волн особый интерес представляет воздействие на центросимметричные кристаллы мощных циркулярно поляризованных акустической и Э11 волн, модулирующих анизотропию диэлектрических или упругих свойств соответственно. Использование сред с искусственной акустической активностью позволяет реализовать динамическое управление поляризацией УЗ волн посредством электрических полей, создающих спиральную анизотропию упругих свойств.

Электрическое управление акустическим пучком можно использовать для разработки новых принципов расширения полосы рабочих частот объемных и волноводных акустооптических (АО) устройств, которые, в свою очередь, позволяют управлять амплитудой, фазой , частотой и направлением распространения светового пучка. В настоящее время акусто-

электрооптичесние (АЭО) взаимодействия (совместное воздействие механических напряжений к электрических полей) в монокристаллам и волноводах привлекает внимание в связи с расширением функциональных воз-нояностей АО устройств обработки сигнальной информации. Поляризационные эффекты при АЭО взаимодействии существенно зависят от направления распространения и поляризации световых и акустических волн в кристаллах, а также от величины и ориентации внешнего поля Е Особый интерес представляет изучение АЭО взаимодействий в фотореф-рактивных кубических кристаллах. Народу с электроиндуцировашой оптической анизотропией существенное влияние на параметры дифрагированных световых волн в таких кристаллах оказывает естественная оптическая и акустическая активность (гиротропия). При этом воздействие Е может приводить к появления вынужденной гиротропни в центросим-иетричных кристаллах, либо к ее изменению в нецентросимметричных кристаллах.

Последовательная теория АО взаимодействия в кристаллах со слоя-ной анизотропией, принимающая во внимание такие тонкие эффекты как оптическая и акустическая гиротропия, электро- и акустоиндуцирован-ная анизотропна должна основываться на совместном решении уравнений Максвелла с корректными уравнением связи гиротропных кристаллов и соответствующих граничных условий.

Целью диссертации является развитие теории акустоэлектронных и акустооптических взаимодействий в кристаллах во внешних электрических полях; поиск новых принципов управления пространственными, поляриза,-циснными и энергетическим!« параметрами акустических и электромагнитных волн и их применение для создания акустоэлектронных и акустооптических устройств с управляемыми внешним полем характеристиками.

Научная новизна представленных в диссертации результатов определяется тек, что впервые установлен и изучен ряд новых закономерностей распространения и параметрического взаимодействия акустических и электромагнитных волн в кристаллах, подвергнутых влиянию внешних воздействий:

I. Предсказаны и исследованы новые электро- и акустоиндуцирован-ные эффекты в кристаллах:

- акустическая электро- и тенэогирация;

- резонансное усиление акустических волн при полном отражении от границ пьезоэлектрик-полупроводник либо диэлектрик-полупроводник, находящихся в акустическом контакте;

- термическая память электроиндуцированных упругих свойств сегнетокерамик;

- параметрическое усиление и преобразование частоты акустических волн в кристаллах с электроиндуцированной вращающейся упругой анизотропией.

2. Установлены закономерности изменения ориентации и числа акустических осей центросимметричного кубического кристалла при воздействии внешнего электрического поля.

3. Теоретически предсказаны и экспериментально исследованы поляризационные эффекты при акусто-электрооптическом взаимодействии в кристаллах. Показано, что в зависимости от частоты модулирующего напряжения имеется два качественно различных режима электрооптического взаимодействия в волноводных модуляторах.

4. Предсказано и изучено новое явление - невзаимное двулуче-преломление световых и ультразвуковых волн в кристаллах, обладающих естественной (оптической или акустической) активностью и подверже-ных воздействию внешнего магнитного поля (невзаимный ыагнито-рефрак-цнонный эффект). Установлены корректные граничные условия в акустике кристаллов с пространственной дисперсией,

5. Проведен теоретический анализ влияния оптической и акустической гиротролии на поляризационные и энергетические характеристики дифрагированных на ультразвуке световых волн и впервые:

- установлены и объяснены новые особенности АО взаимодействия в акустически гиротротшх кристаллах;

- исследовала динамика трехпичковой структуры брэгговского максимума;

~ предложены поляризационный метод определения фотоупругих параметров гиротропннх кубических кристаллов, а также методы измерения параметров акустической гирации.

6. Развита двумерная теория дифракции частично поляризованных сьетових пучков на затухающих ультразвуковых волнах при сильном ДО воздействии. При этом впервые:

- изучено влияние распределения энергии по поперечному сечению подаодего светоЕого пучка на поляризацию света в дифракционных порядках;

- исследовано явление продольного смещения световых пучков на границах области АО взаимодействия (акустооптический аналог гч\>1 сьт.ч Гсоса-Хенхене.);

- установлена зависимость эффективности АО взаимодействия от степени поляризации падающего излучения;

- предложен способ повышения эффективное,га АО взаимодействия, основанный на усилении дифрагированного света при полном отражении от инверсной среды.

7. Предложены новые (на уровне авторских свидетельств):

- способ коррекции угла Брэгга неоднородным электрическим полем за счет управляемого поворота фронта акустической волны в объемных и тонкопленочных АО устройствах;

- методы управления поляризацией и направлением распрострем нения объемных акустических волн, а также отражением ПАВ, основанные на изменении упругих свойств центросимметричных параэлектриков во внешнем электрическом поле;

- метод электроакустического сканирования и фокусирования УЗ пучков в неоднородных электрических полях;

- способ динамического фокусирования световых пучков с помощью акустооптической линзы.

Научная и практическая значимость работы. Научное значение проведенной работы состоит в выявлении новых эффектов, обусловленных вынужденной анизотропией кристаллов; в установлении новых физических закономерностей распространения и параметрического преобразования ультразвуковых и электромагнитных волн в средах с электро- и акустоиндуцированной анизотропией. Полученные результаты углубляют понимание физики акустоэлектронных и акустооптических взаимодействий б кристаллах со сложной анизотропией (гиротропия, круговой дихроизм, анизотропия фотоупругости, вынужденные электроакустические эффекты) и открывают новые возможности усовершенствования и создания твердотельных элементов акустических, акустоэлектронных н акустооптических устройств с управляемыми в процессе работы характеристиками.

Полученные теоретические результаты используются в научной литературе и соответствующие работы цитируются в различных периодических изданиях. Некоторые предсказанные явления уже экспериментально обнаружены. Это акустическая электрогирация в танталате лития я германате висмута, невзаимное двулучепрелонление (невэшшный магни-торефракционный эффект) в иодате лития, а та.кже электроиндуцирован-ные акустические эффекты в сегнетокерамиках.

В работе обоснован и разработан ряд новых принципов и методов управления параметрами акустических и электромагнитных волн; пред-

ложены новые методы определения фотоупругих и гирационных констант кристаллов.

Показаны возможности управления поляризацией и отражением упругих и ЭМ волн, распространяющихся, соответственно, в электро- и акустоиндуцировшиых спиральных структурах акустической и диэлектрической анизотропии. Предложены электрострикционные решетки и показана перспективность их использования для создания электроуправ-ляемых отражателей и волноводов ПАВ.

Эффекты параметрического усиления и преобразования частоты акустических волн 6 среде с электроиндуцированной вращающейся акустической анизотропией могут быть использованы для управляемого обра«-щения фронта УЗ волн, а также для создания перестраиваемых по частоте источников ультразвука. Невзаимный магниторефракцнонный эффект можно использовать для создания невзаимных приборов лазерной оптики.

Предложен способ электроакустического сканирования и фокусирования УЗ пучков в неоднородных электрических полях. Рассчитаны конкретные конструкции УЗ дефлекторов и линз на линейном и квадратичном электроакустическом эффектах.

Показано, что на основе акусто-электрооптических взаимодействий могут быть созданы устройства обработки информации нового типа, сочетающие в себе преимущества АО модуляторов и электрооптических переключателей плоскости поляризации. Разработаны АЭО модуляторы на основе кристаллов и ВДР. Исследованы режимы ЭО взаимодейст-

вия в волноводных модуляторах ТС ; 1<Л>£03

Показана возможность коррекции угла Брэгга неоднородным электрическим полем за счет управляемого поворота фронта акустической волны в объемных и плонарных АО устройствах. Рассчитаны новые конструкции АО ячеек из пьезоэлектрических кристаллов с коррекцией угла Брэгга неоднородным электрическим полем. Предложены и экспериментально исследованы широкополосные тонкопленочные АО устройства.

На защиту выносятся следующие основные положения:

1. Теоретический анализ влияния индуцированной анизотропии на распространение и параметрическое взаимодействие электромагнитнгх

и акустических волн в кристаллах с учетом их свойств ( проводимость, оитичсская и акустическая гиротропия) а также поляризации и амплитудного профиля взаимодействующих излучений.

2. Результаты исследования новых электро- и акустоиндуцирован-эффектов в кристаллах:

е

- акустической электро- и тензогирацш;

- смещения и расщепления акустических осей в кубических па-раэлектриках;

- термической памяти электроиндуцированных упругих свойств сегнетокераиик;

- параметрического усиления, преобразования частоты и обращения волнового фронта акустических волн в кристаллах с электро-индуцированной вращающейся упругой анизотропией;

- резонансного усиления акустических волн при полном отражении от границ пьезоэлектрик - полупроводник либо диэлектрик - пьезо-полупроводник, находящихся в акустическом контакте;

3. Явление кевзаимного двулучепрелошения ультразвуковых и световых волн в кристаллах с естественной гиротропией во внешнем магнитном поле (невзапмный магниторефракционный эффект).

4. Закономерности и особенности акусто-электрооптических взаимодействий в кристаллах:

- явление продольного смещения световых пучков при АО взаимодействии;

- особенности дифракции света на ультразвуке в акустически гиротропных кристаллах;

- динамика трехпичковой структуры брэгговского максимума в оптически гиротропных кубических кристаллах;

- режимы электрооптического взаимодействия в брэгговских тонкопленочных модуляторах, обусловленных пространственно-модулированными объемными заряда;®;

5. Идея и обоснование новых принципов и методов управления параметрами акустических и электромагнитных волн:

- амплитудной модуляции объемных УЗ волн при отражении от слоя параэлектрика, находящегося в электрическом поле;

- управления поляризацией и отражением объемных и ПАВ с использованием электроиндуцированных периодических структур;

- электроакустического сканирования и фокусирования УЗ пучков в неоднородных электрических полях;

- расширения полосы рабочих частот АО устройств за счет использования неоднородных электрических полей;

- динамического фокусирования световых пучков с помощью акустооптической линзы.

Совокупность полученных результатов может составить основу

9

нового научного направления - параметрическая акустоэлектроника и акустооптика кристаллов в электрических полях различной геометрии.

Публикации и апробация работы. Основные материалы диссертационной работы содержатся в 61 публикации ( в том числе 13 авторских свидетельств), а также доложены и обсуждены на ХЦ,Х1Ц,Х1У,ХУ Всесоюзных конференциях по акустоэлектронике и квантовой акустике (г.Саратов - 1983, г.Черновцы- 1906, г,Кишинев - 1989, г.Ленингред-1991 ), I Всесоюзной конференции по проблеме управления лазерным излучением (г.Ташкент - 1978), Всесоюзной конференции "Исследование и разработка прецизионных измерительных комплексов и систем с использованием радиоволновых и оптических каналов связи" (г.Томск-1981), УШ Всесоюзной конференции по информационной акустике (г.Москва - 1982), I Всесоюзной конференции по оптической обработке информации (г.Ленинград-1988), Всесоюзной конференции "Оптика лазеров" (г.Ленинград-1990), Всесоюзных семинарах "Оптика анизотропных сред" (г.Москва-1987, 1990), Всесоюзном семинаре "Применение АО методов и устройств в промышленности" (г.Ленинград-1984).Республиканском научно-практическом семинаре "Голография в промышленности и научных исследованиях (г,Гродно-1989),1 Всесоюзной конференции по оптической обработке информации (г.Ленинград-1989)Международной школе семинаре "Акустооптика; развитие и разработки"(г.Ленинград-1990), Международной конференции "Ультразвук" (Франция -1991) , Х1У Международной конференции по когерентной и нелинейной оптике (г.Ленинград - 1991 ).

Личный вклад. Большинство представленных в диссертации результатов получено впервые автором, под его руководством или при его непосредственном участии.

Совместно с В.В.Шепелевичем выполнен теоретический анализ влияния оптической гиротропии на АО дифракцию. К наличию искажений в волноводных электрооптических модуляторах внимание автора привлек И.Г.Войтенко. Совместно с ним и Н.Н.Горелым получены экспериментальные результаты по АО модуляторам и дефлекторам и проведены численные расчеты по дифракции световых пучков. Эластограмш кристалла парателлурита получены сотрудниками Днепропетровского государственного университета С.В.Акимовым, В.М.Горбенко и В,В,Савченко; совместно с ними обсуждены особенности проявления акустической гиротропии в дифракционных картинах. Расчетная часть работ по отражению УЗ волн от слоистых структур выполнена совместно с И.З.Джилавдари,

Совместно с Н,С.Казаком рассчитаны конструкции электроакустических линз. Часть работ выполнено в соавторстве с учениками (Г.В.Кулак, Г.А.Пашкевич, Б.В.Севрук, С.В.Курилкина), другие соавторы оказывали помощь в численных расчетах.

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, восьми глав, основных выводов работы и литературы. Она содержит 341 страницу текста, включая 64 рисунка и одну таблицу. Список литературы содержит 281 наименование.

Содержание работы

Во введении дан краткий обзор, сформулирована цель исследований, обоснована актуальность проблемы, приведены защищаемые положения и данные о числе публикаций.

В первой главе исследованы особенности распространения акустических волн и их отражение и преломление на границе центросимметричного кристалла с электроиндуцированной анизотропией. Теоретический анализ основан на решении уравнения Гринаг-Кристоф^еля с учетом линейной и квадратичной электрострикции. Получены общие выражения для фазовых и лучевых скоростей, а такяе поляризации упругих волн в цен-тросимметричных кристаллах с сильной деформационной зависимостью диэлектрической проницаемости (типа кубических сегнетоэлектриков

ВсхЪОз , , /^/¿'¿^ в парафазе, а также изотропных ке-

рамик на их основе).

Показано, что в кубических кристаллах симметрия поверхностей фазовых скоростей понижается, конические точки смещаются, а вместо точек соприкосновения поверхностей возникает пары новых конических точек. Получены уравнения акустических осей и установлено, что при

В //симметрия кристалла понижается до тетрагональной с 9-ю осями, а при ЕН{¡О} - до ромбической с 10-ю акустическими осями. Ориентация индуцированных акустических осей существенно зависит от фактора анизотропии X = ¿Сцч /(Ог-С'г) : при расщепление осей происходит в плоскостях, соде^сащих вектор £ , а при Х<1 - в плоскости, ортогональной £ . Угол 11& между парой конических осей, появляющихся в результате расщепления, про-порционачен £ , а угловое смещение акустической оси ~ £*■ . Численные расчеты для утла расщепления в кубическом параэлектрике Ва/ЪО^ дают значение ЛО в поле I кВ/см.

Для центро симметричной керамики на основе г?«"7!'^ с помощью численных расчетов изучена динамика деформации поверхностей фазовых

и лучевых скоростей во внешнем электрическом поле. Обнаружено,что при напряженностях > 10 кВ/сы скорость поперечной волны становится больше скорости квазипродольной; на лучевой поверхности ква-аипоперечных вслн появляются характерные петли возврата и в некоторой области углов вдоль одного луча распространяются пять различных по скорости и направлениям волновой нормали упругих волн. На основе эффекта электроиндуцированного двулучепреломления (достигадэ-щего порядка десяти градусов при Л!//и~0 м /X ) предложено устройство для параллельного сканирования УЗ пучка. Влияние £ на фазовую скорость изонорыальных волн в сегнетокерамиках положено в основу способа управления поляризацией поперечных акустических волн ; при этом плавный поворот на угол 90° осуществляется при изменении управляющего поля в пределах 0+5 кВ/см.

Исследовано влияние электроиндуцировшной упругой анизотропии на отражение поперечных и продольных УЗ волн от границы параэлектри-ка. Показано, что максимальные пределы изменения коэффициента отражения (практически от нуля до единицы) за счет вариации предельного угла полного отражения , вызванной электрическим полем, можно

получить лишь при наличии угла Брвстера , близкого к . Изучено совместное влияние интерференции и электрострикции на величину коэффициента отражения & ультразвука от плоскопараллельного слоя. Установлена зависимость смещения минимумов /? от напряженности поля и параметров контактирующих сред. Показано, что при падении УЗ волны под углом, близким к продельному углу полного отра^-хеник, коэффициент £ может изменяться от значений, близких к нулю, до единицы с помощью достаточно малых управляющих напряжений ( У ~ 30 В). Найдены оптимальные режимы электрического управления интенсивностью акустических волн.

Получены дисперсионные управления для волн Дамба во внешнем электрическом поле. Численный анализ показывает, что скорость одних волн (, . ^ ) увеличивается, а Других ( ¿^ ) уменьшается с возрастанием управляющего напряжения. Последнее обстоятельство находится в хорошем согласии с экспериментом и означает, что только при одновременном учете индуцированного пьезоэффекта и наведенной упругой анизотропии возможно адекватное описание волн Лэмба в диэлектриках с сильной деформационной зависимостью диэлектрической проницаемости.

Во второй главе исследовано влияние внешнего электрического

поля на особенности отражения упругих волн от границы раздела как между пьезоэлектриком и полупроводником, таи и мевду диэлектриком и пьезополупроводником в условиях акустического контакта. Показано, что при акустическом контакте ( в отличие от случая пьезоэлектри-ка, отделенного зазором от полупроводника с током) имеют место ка~ чествелно новые закономерности отражения; это обусловлено, во-первых: включением дополнительного канала взаимодействия, связанного с появлением преломленной в полупроводник акустоэлектрической волны,сопровождаемой колебаниями плотности носителей заряда и, во-вторых, наличием предельного угла полного отражения. Рассмотрено отражение сдвиговой акустоэлектрической волны ст границы гексагональных и тетрагональных пьеэоэлектриков с полупроводником, находящихся в акустическом контакте, когда к последнему параллельно границе раздела приложено внешее электрическое поле, создающее дрейф носителей заряда. Из анализа коэффициента отражения следует, что для пьеэоэлектриков класса 4 мм в случае сверхзвукового дрейфа о возмогло резонансной усиленна при условиях: I) угол падения 4 _ близок к сксльзгсцену, так что выполняется условие = - р ? ,2) угол падения превышает предельный угол полного отражения на величину = ~ ¿р $7/1 , где =

, ~ ^^ ^^гу отношение упругих модулей пьезоэлек— трика и полупроводника, £г и - их диэлектрические проницаемос-

ти, - диэлектрическая частота релаксации. Показано также, что в пьезоэлектриках классов 422, 622 резонансного усиления получить невозможно. Из аналитических и численных расчетов для пьеэоэлектриков классов 4 и 6 определены условия, налагаемые на параметры контактирующих сред и величину дрейфа носителей заряда, при которых коэффициент отражения может быть сколь угодно большим. Показано,что в условиях резонансного усиления осуществляется пространственный синхронизм мезду падающей и собственной поперечной волной на границе пьезоэлектрик - полупроводник; при этом последняя является затухающей вглубь полупроводника и объемной в пьезоэлектрике, поток энергии которой направлен под малыми (порядка нескольких градусов) углами к границе. На основании анализа полюса коэффициента отражения на границе кубический пьезоэлектрик ~ полупроводник установлено, что интенсивность отраяенной волны лишь незначительно превышает единицу при произвольных параметрах дрейфа и характерных частотах шс , . Этот неожиданный результат является следствием жесткого

контакта, поскольку при его отсутствии граница раздела кубический пьезоэлектрик - полупроводник проявляет резонансные свойства.

Показано, что учет пьезоэлектрических свойств полупроводника с током требует качественно иного подхода к решению граничных задач. При сверхзвуковом дрейфе в условиях полного отражения возникает необходимость выбора вида решения для УЗ волны, преломленной внутрь усиливающего пьезополупроводника. Как и в электродинамике для решения этой проблемы использован принцип непрерывного перехода решений для поля в усиливающей среде в известные решения для прозрачной среды при стремлении коэффициента усиления к нулю. На основе этого принципа проведен анализ полюсов коэффициента отражения и получено дисперсное уравнение собственных поперечных акустических еолн на границе диэлектрика и пьезополупроводниковых кристаллов класса 4 и 6 . Установлены условия, при которых падающая волна синхронно возбуждает собственные волны на границе, при этом резонансное усиление имеет место при углах падения, далеких от скользящих.

В этой же главе рассмотрены возможности получения значительных коэффициентов усиления даже вдали от условий резонанса на границе диэлектрик-пьезополупроводник. Для этого предложено использовать многократное полное отражение от пьезополупроводника со сверхзвуковым дрейфом носителей заряда. Рассмотрена реализация многократных полных отражений в слоистой структуре: диэлектрический слой, находящийся в акустическом контакте с диэлектриком и пьезополупро-водником. Акустические параметры контактирующих сред подобраны так, что волновые числа сдвиговых упругих волн в диэлектрике ^ ,слое

и пьезополупроводнике ^ удовлетворяют соотношению •

При углах падения, больших предельного , на верхней грани-

це слоя происходит частичное, а на нижней - полное отражение. На основе анализа коэффициента отражения от слоя показано, что

даже при отсутствии резонансного усиления на нижней границе достигаются значительные коэффициенты отражения при выполнении энергетического и фазового условий. Обоснована перспективность использования трехслойных структур для создания акустоэлектронного усилителя и генератора ультразвука, принцип работы которых основан на явлении усиления в условиях полного отражения,

В заключение главы изучено влияние электрических неоднород-ностей поверхностного слоя пьезополупроводника на акустоэлектрон-ное усиление в условиях полного отражение,

Третья глава посвящена изучении воздействия пространственно периодических электрических полей на особенности распространения объемных и поверхностных акустических волн. Такого рода поля приводят к появления искусственных периодических структур, параметры которых (глубина модуляции, ширина запрещенной зоны, дисперсия) зависят от величины внешнего управляющего напряжения. Рассмотрено распространение сдвиговых упругих волн в параэдектриках со спиральной структурой акустической анизотропии. Показано, что если наведенная акустическая анизотропия значительно превосходит удельное вращение вектора напряженности электрического поля, то происходит полное увлечение внешним полем плоскости поляризации линейно поляризованной на входе в кристалл упругой волны. Найдены условия возникновения гирационных эффектов и кругового дихроизма в элект-роиндуцированных спирально периодических структурах акустической анизотропии. Обоснована возможность применения таких структур для создания управляемых вращателей плоскости поляризации УЗ волн.

Исследовано распространение рэлеевских и сдвиговых ПАВ на поверхности изотропного пьезоэлектрика, возмущенной внешним периодическим полем: лЬе?-1*} ( £ , А -расстояние между полосковыми электрода;,и). Методом связанных волн решена система уравнений, описывающая рэлеевские ПАВ в среде с периодической зависимостью изменения упругих модулей от координат ¿{"¿м&о-Ъ!. На основе метода расчета, учитывающего зависимости упругих модулей от координат как в граничных условиях, так и в уравнениях движения, получено дисперсионное уравнение, определяющее зависимость Х^^Ув области значений волнового числа , лежащих в окрестности края первой зоны Бриллюэна и отвечающих брэгговскому отражению ПАВ: . Установлена зависимость коэффициента связи р .ширины полосы непрозрачности 4 е** - и эффективной длины решетки ¿^ =/Р/'<с/ от геометрического периода решетки и относительного изменения модулей упругости. Получено дисперсионное уравнение и изучены условия существования слабонеоднородных сдвиговых ПАВ в окрестности брэгговского резонанса. Обоснована целесообразность использования предложенных в работе электрострикци-онных решеток для создания электроуправляемкх отражателей и волноводов ПАВ.

Реализован управляемый брэгговский отражатель рэлеевской волны на основе сегнетокерамики ЦТС-42. Исследовалась температурная за-

висимость отражательной способности решетки. Для этого образец помещался в термостат и выдерживался при постоянной температуре

í = 80°С в течение времени, пока в поле I/ = 55В не устанавливалось стационарное значение амплитуды отраженного сигнала. Затем образец (при отсоединенном источнике питания) охлаждался до комнатной температуры и снова нагревался до ^ = 80°С в динамическом режиме со скоростью 1,5 град/мин. С понижением температуры происходит плавное уменьшение амплитуды отраженного от акустической решетки сигнала и полное его исчезновение при комнатной температуре. Первоначальная картина восстанавливается с повышением температуры до прежнего значения / = 80°С даже при отсутствии управляющего напряжения. Это свидетельствует о наличии своеобразного эффекта памяти: образец "помнит" при какой температуре была записана упорядоченная структура: происходит температурное стирание (при охлаждении) и полное восстановление (при нагревании до прежней температуры) электроакустической решетки.

В заключительном параграфе исследована брэгговская дифракция пучков ПАВ на электроуправляемых акустических решетках в кристаллах с линейным электроупругим эффектом. На основе теории возмущений получено выражение эффективности дифракции ПАВ, учитывающее всю совокупность линейных и нелинейных электромеханических коэффициентов. С использованием акустооптической методики исследован дифракционный электроакустический модулятор на пьезоподложке У среза

В четвертой глава изучены статические параметрические эффекты, возникающие в кристаллах, обладающих пространственной дисперсией (акустической гиротропяей). Здесь гиротрогаш понимается в широком смысле, то есть кроме естественной акустической активности имеются ввиду и эффекты вынужденной гиротропии, возникающей в результате внешних воздействий (электрического и магнитного полей, механических напряжений). С использованием основополагающих уравнений теории упругости и материальных уравнений для акустически неоднородной г и-ротропной среди путем предельного перехода получены корректные граничные условия, которые согласуются с требованием непрерывности нормальной составляющей потока энергии упругих волн на границе раздела.

Па основе принципа симметрии кинетических коэффициентов и отсутствия диссипации энергии проведено обобщение уравнений связи электродинамики и теории упругости для кристаллов с естественной

Гиротропией, подверженных влиянию внешнего электрического и магнитного полей. Предсказан и исследован невзаимный магниторефракциошшй эффект, заключающийся в том, что воздействие внешнего магнитного поля на естественную (оптическую или акустическую) гиротрогаш приводит к различию скоростей распространения собственных электромагнитных и акустических волн для противоположных направлений волновой нормали. Показано,что поляризационные характеристики волны, отраженной от плоскопараллельного слоя, зависят от фарадеевского вращения плоскости поляризации и параметра невзаимности.

Исследовано новое явление - акустическая электрогирация, заключающаяся в появлении или изменении под действием электрического поля акустического циркулярного двулучепреломления - электроиндуциро-ванной пространственной дисперсии. Показано, что в кристаллах классов 3 , А/т , 6//я в направлении акустических осей поворот плоскости поляризации поперечной волны наблюдается только в продольном электрическом поле, а для оси второго порядка в кристаллах иЗ электрогирационный поворот имеет место только в поперечном поле. В остальных центросимметричных кристаллах вращение плоскости поляриза^-ции отсутствует, однако в этом случае электрогирация приводит к эллиптической поляризации связанных продольных ¡1 поперечных волн.

Изучено новое явление - акустическая тензогирация, то есть изменение акустической гиротропии при воздействии механических напряже ний и сопровождающих статических электрических полей.

В пятой главе исследованы динамические параметрические электроакустические эффекты в центросимметричных кристаллах. Изучены особенности изменения поляризации, амплитуды и частоты акустических и ЗМ волн в условиях модуляции анизотропии упругих либо диэлектрических свойств, соответственно, мощными циркулярно поляризованными ЭМ либо акустическими волнами. В приближении заданного электрического поля (либо поля упругих напряжений) получены точные решения уравнений распространения и проЕеден анализ дисперсионных уравнений при различных соотношениях между частотами акустической и ЗМ волн. Найдены условия проявления кругового дихроизма и гирационных эффектов в движущейся акустоиндуцированной спирально-периодической структуре анизотропии диэлектрических свойств кубического параэлектрика.

Изучены особенности протекания электроакустических эффектов в средах с вращающейся акустической анизотропией и стршсциснной нелинейностью. Показана возможность наблюдешш эффектов преобразования частоты, параметрического усиления и генерации обращенной

волны при взаимодействии циркулярно поляризованных УЗ волн с вращающимся постоянным электрическим полем.

Рассмотрено взаимное влияние Э4М и акустической волн при трехи четырехволновом взаимодействии на электрострикционной нелинейности. Получено аналитическое решение в виде эллиптических функций, а также проведен численный анализ укороченных уравнений, описывающих взаимное влияние ЭМ и акустической волн при попутном и встречном трехволновом параметрическом взаимодействии.

Исследовано коллинеарное вырожденное четырехволновое взаимодействие на квадратичной электрострикцин, позволяющее осуществить прямое преобразование энергии ЭМ волны в энергию акустической вол-новодной моды. Проведен численный анализ с учетом нелинейной фазовой расстройки, вызванной изменением скорости вояноводной моды (моды Лэмба) в поле ЭМ волны, приводящей к сбою обобщенной фазы и снижения к.п.д. преобразования. Показано, что подбором линейной фазовой расстройки можно компенсировать влияние нелинейной и осуществить преобразование с эффективностью на два порядка более высокой, чем при трехволновом взаимодействии.

Иесгая глава посвящена изучению трехволновкх акусто-электро~ оптических (АЭО) взаимодействий в пьезоэлектрических кристаллах. Представлены результаты теоретического и экспериментального исследования влияния внешнего электрического поля на АО взаимодействие в кристаллах различной симметрии. С учетом акусто- и электроииду-цированной оптической анизотропии получены выражения для интенсивности и поляризации дифракционных порядков в режиме многократного рассеяния света на звуке, Подробный анализ проведен для дифракции Рамана-Ната в кристаллах класса 42М (КДР,ДКДР), когда главные оси анизотропии, индуцированной полем £ и упругими деформациями, совпадают. Установлены особенности брэгговского рассеяния в тригональных пьезоэлектриках, когда плоскость дифракции совпадает с плоскостью электроиндуцированных оптических осей. На примере кристалла ниобата лития экспериментально продемонстрирован эффект переключения плоскости поляризации света с сохранением эффективности дифракции в широкой полосе частот ультразвука. Показано, что использование АЭО взаимодействий позволяет во-первых: создавать гибридные ячейки, совмещающие в себе функции АО модулятора и ЭО переключателя плоскости поляризации и во-вторых; управлять поляризацией световых пучков в процессе их сканирования.

В этой же главе обоснована возможность расширения полосы

рабочих частог объемных АО устройств при использовании неоднородных корректирующих электрических полей. С этой целью дало новое решение проблемы управления фазовым фронтом УЗ пучков, заключающееся в том, что с помощью специальной конфигурации неоднородных электрических полей в пьеэоэлектрике или параэлектрике создается линейное либо квадратичное изменение скорости в поперечном сечении УЗ пучка.Рассчитаны конструкции управляемых устройств для сканирования и фокусирования УЗ пучков - электроакустические дефлекторы и линзы. Получены формулы, связывающие угол сканирования и фокусное расстояние таких устройств с электроакустическими параметрами кристаллов и величиной приложенного напряжения. Приводятся результаты экспериментального исследования управляемой магнитоакустической линзы.Предложен новый принцип динамического фокусирования световых пучков на основе АО взаимодействия с радиальными колебаниями цилиндра из фотоупругого материала.

Предложен метод расширения полосы рабочих частот пленарных АО устройств, основанный на управляемом электрическим полем повороте фронта ПАВ. Приводится описание АО модулятора на основе 71: ¿¿мОц

У -среза, в котором на пути распространения ПАВ располагались призменные дефлекторы из кремния и арсенида галлия /г -типа. Во втором устройстве поворот фронта ПАВ осуществляется полупроводниковой призмой из пленки Сс/£ с переменным углом при вершине, зависящим от частоты ПАВ, Приводятся результаты экспериментального исследования волноводных АО устройств, в которых возможна точная коррекция угла Брэгга в полосе частот 400 МГц.

Исследовано влияние фотоиндуцированных электрических полей на электрооптическом (ЭО) взаимодействие в диффузионных волноводах на основе 71' •'¿('УЩ. Установлена причина искажений дифракционной картины в ЭО волноводных модуляторах, обусловленных появлением фотоин-дуцированных пространственно модулированных объемных зарядов. Пока*, зано, что в зависимости от частоты модулирующего напряжения имеются два качественно различных режима ЭО взаимодействия. При низких частотах модуляции возникают гармоники пространственного заряда, в результате чего ЭО решетка наряду с основной ( ) содержат дополна тельные решетки с периодом А/"1 С-Л Показано, что амплитуды первых гармоник диэлектрической решетки пропорциональны интенсивности света и обратно пропорциональны номеру гармоники. При высоких частотах модуляции объемный заряд не образуется, а эффектив-

ность дифракции постоянна во времени и не зависит от частоты следования импульсов электрического напряжения.

В седьмой главе исследованы акусто-электрооптические взаимодействия в гиротропных кристаллах. Проведен теоретический анализ влияния оптической и акустической гиротропии на поляризационные и энергетические характеристики волн в режимах слабого и сильного АО взаимодействия.

В приближении заданного поля для гиротропных кубических кристаллов найдено общее решение волнового уравнения, позволяющее рассчитать напряженность электрического поля дифрагированных волн для разнообразных экспериментальных ситуаций. Проведен анализ частных случаев АЭО взаимодействия на продольных и поперечных УЗ волнах, распространяющихся вдоль кристаллографических осей и направлений -{110} . Установлена связь азиата поляризации и эллиптичности дифрагированного света с фотоупругими и электрооптическим! параметрам!. Полученные соотношения (при Е = 0) положены в основу нового метода определения полного набора фотоупругих' постоянных , , ^ и . Предложенный поляризационный метод позволяет исследовать фотоупругие свойства гиротропных кубических кристаллов, для которых другие методы (в частности, метод Диксона) малопригоден. Разработанный метод был использован для определения /^„(А) кристаллов германата и силиката визита в спектральной области 0,47-0,63 мкм.

Показано, что наиболее оптимальной является геометрия АЭО взаимодействия, когда сдвиговая акустическая волна с вектором смещения и II Г11Щ распространяется вдоль кристаллографической оси К/1 [001] ; электрическое поле |г/| ["Ш)], а волновая нормаль падающей световой волны совпадает с [|Щ] . Для кристалла германата висмута приведены зависимости азиата у и эллиптичности Т дифрагированного света от Е' при различных значениях начального азищта ^ . Показано, что при малых £ < 3 кв/см кривая ¡^СР) осциллирует относительно прямой „ У- ¥ . Зависимость Т(у> является периодической, причем при Е - 3 кв/см достигается максимальное значение эллиптичности Г~ 0,7.

На основе теории связанных волн рассмотрены особенности некол-линеарной брэгговской дифракции в гиротропных кубических и одноосных кристаллах. С использованием матричных методов найдены аналитические выражения для комплексных амплитуд дифрагированных на ультразвуке световых волн. Получены расчетные формулы для интенсивности и поляризации света в нулевом и первом порядках дифракции. Исследована динамика' изменения тонкой структуры брэгговского максимума, которая сущест-

20

венно определяется величиной акустоиндуцированной анизотропии S//~ <%, , При интенсивности ультразвука * ( У/ - критическая интенсивность ультразвука, определяемая из условия 8л¿Я" ;

% - параметр гирации) гирогропия подавляется наведенной анизотропией, вследствие чего отдельные пички уширяются и сливаются в один центральный брэгговский максимум. При четыре процес-

са рассеяния можно рассматривать раздельно: в направлении центрального максимума происходит сложение двух эллиптически поляризованных волн с ортогональными поляризациями; два боковых максимума отстоят от центрального на расстоянии * 4&,„ - и обра-

зуются вследствие анизотропных процессов рассеяния.

Рассмотрены особенности коллинеарной брэгговской дифракции.Обнаружено аномальное пропускание дифрагированного излучения при кол-лилеарном АО взаимодействии циркулярно поляризованных волн в гиро-тропных кристаллах с циркулярным дихроизмом ( акустооптический аналог эффекта Бормана).

В последних двух параграфах этой главы исследовано влияние акустической гиротропии при рассеянии света как на когерентном ультразвуке, так и на тепловых упругих волнах (рассеяние Мандельштам-Бриллюзна). С использованием тензорной функции Грина найдено решение болнового уравнения и показано,что в кубических кристаллах вращение плоскости поляризации ультразвука приводит к уменьшению углового спектра дифрагированного пучка и появлению эллиптической поляризации. Последнее предлагается использовать в качестве эллзшсоыегричес-кого метода определения параметра удельного акустического вращения кристалла.

Изучены особенности дифракции Щефера-Бергмана в одноосных гиро-тропных кристаллах для геометрии рассеяния, когда световая волна распространяется вдоль оптической оси. Показано, что для объяснения эластогракм TeOj необходим учет акустической гиротропии, позволяющий объяснить наличие и форг.у разрывов дифракционных кривых вдоль акустических осей, а также появление дополнительных кривых из-за рассеяния, запрещенного в негиротропных кристаллах. Предложен метод определения провкцан вектора акустической гирации непосредственно из эластограмл.

В последней, восьмой, главе изучаются особенности АО взаимодействий, обусловленных структурой световых пучков. Рассмотрение основано на решении краевых задач для лучков произвольного поперечного профиля, при этом для целей упрощения пренебрегается как аффектами гиротропии, так и эффектами электрошдуцированной анизотропии.

21

Получено аналитическое решение задачи дифракции световых пучков различного профиля поперечного сечения на затухающих УЗ волнах при сильном АО взаимодействии и произвольных углах Брэгга. Показано, что величина поворота плоскости поляризации в нулевом и первом порядках ди$ракции определяется не только анизотропией фотоупругости, но и профилем поперечного сечения падающего пучка: наибольшее изменение угла испытывает гауссов, наименьшее - лоренцев пучок.Рассчитаны зависимости углов поворота плоскости поляризации дифрагированных пучков от координаты поперечного сечения на выходной грани звукопровода. При этом в первом порядке дифракции угол поворота одинаков по сечению пучка, в то время как в нулевом порядке зависит от координаты поперечного сечения.

Исследована зависимость продольного смещения световых пучков (по отношению к положению, предсказываемому геометрической оптикой) на границах области АО взаимодействия от параметров анизотропной среды и мощности ультразвука (акустооптичвскЕй аналог эффекта Гооса-Хенхена). Показано, что смещение преломленного пучка в режиме прохождения положительно и направление сдвига не зависит от частоты ультразвука. Б режиме отражения дифрагированный пучок испытывает положительное, а преломленный - отрицательное смещение относительно геометрического положения. Рассчитаны зависимости смещения энергетического центра гауссова пучка на границах области АО взаимодействия ог радиуса пучка и индекса модуляции. Показано, что с увеличением апертуры пучка величина смещения уменьшается, достигая постоянного значения. Предсказана возможность пространственного разделения неполяризованного света на пучки и р -поляризации.

В заключительном параграфе развит феноменологический подход для описания АО да$ракции частично поляризованного светового пучка. Рассчитаны элементы матрицы когерентности дифрагированного излучения. Обнаружено явление полной деполяризации дифрагированного света при брэгговской дифракции частично поляризованного излучения.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ

I. Показано,что в центрссимметричных кубических кристаллах и сегнетокерамиках при воздействии внешнего электрического поля поверхности фазовых скоростей ультразвуковых волн деформируются, их симметрия понижается; конические точки смещаются, а вместо точек соприкосновения поверхностей возникают пары новых конических точек. Установлена зависимость числа и ориентации элекгроиндуцированных акустических осей от значения фактора анизотропии и напряженности

электрического поля. Иоследовано влияние электроиндуцированной упругой анизотропии на отражение ультразвуковых волн от параэлектри-ков я найдена зависимость смещения минимумов коэффициента отражения от напряженности поля и параметров контактирующих оред. Предложен основанный на этом новый способ амплитудной модуляции УЗ волн.

2. Предсказан и исследован эффект резонансного усиления акустических волн при полном отражении от границы как между диэлектриком и пьезополупроводником, так и между дьазоэлектриком и полупроводником, находящимися в акустическом контакте и помещенными во внешнее электрическое поле. Показано, что в последнем случае не возникает проблемы выбора решений и в условиях резонанса на границе возбуждаегоя поверхностная пьезоактивная волна( затухающая вглубь полупроводника и являющаяся объемной в пьезоэлектрике.

Определены параметры трехслойных структур; диэлектрик - слой -пьезополупроводаик, при которых наступает самовозбуждение слоя за счет многократных полных отражений. Предложены конструкции акусто-электрощшх усилителя и генератора ультразвука, принцип работы которых основан на явлении усиления в условиях полного отражения.

3. Исследовано новое явление - акустическая алектрогирация, заключающееся в появлении или изменении под действием электрического поля акустического циркулярюго двулучепреломления - электроин-дуцированной пространственной дисперсии (гиротропии). Показано,что

в кристаллах классов 3 •, 4 /т , 6/т в направлении акустических осей поворот плоскости поляризации поперечной волны наблюдается только в продольном электрическом поле, а для оси второго порядка в кристаллах щ 3 электрогирационный поворот имеет место только в поперечном поле, В остальных центросшивтричных кристаллах вращение плоскости поляризации отсутствует, однако в этом случае электроги-рация приводит к эллиптической поляризации связанных продольных и поперечных волн.

4. Предсказан и исследован невзашный магниторефракционный эффект, заключающийся в том, что воздействие внешнего магнитного поля на естественную (оптическую или акустическую) гиротропио приводит к различии скоростей распространения электромагнитных и акустических волн для противоположных направлений волновой нормали .Установлены корректные граничные условия в акустике кристаллов с пространственной дисперсией, согласующиеся с требованием непрерывности нормальной составляющей потока анергии ультразвуковых волн на границе раздела сред.

5. Найдены условия возникновения гирационннх эффектов и круго-

23

вого дихроизма при распространении сдвиговых упругих волн в спиральных структурах акустической анизотропии, индуцированных пространственно периодическим электрическим полем. Получены и проанализированы дисперсионные уравнения для рэлеевских и сдвиговых ПАВ на поверхности центросимметричного диэлектрика, возмущенной внешним периодическим электрически,! полем. Обоснована целесообразность использования предложенных в работе электрострикционных решеток для создания влек-троуправляемых отражателей и волноводов ПАВ.

Обнаружен эффект термической памяти упругости, заключающийся в том, что при охлаждении происходит температурное стирание электроакустической решетки, записанной в сегнетокераыике, и ее полное восстановление при нагревании до прежней температуры.

6.Исследованы особенности протекания нелинейных электроакустических эффектов в центроснмметркчных кристаллах с модулированной во времени акустической анизотропией, индуцированной вращающимся постоянным электрическим полем. Показано, что при взаимодействии сдвиговых циркулярно поляризованных УЗ волн с электрическим полем в зависимости от соотношения частоты вращения электрического поля и частоты ультразвука возможны такие эффекты как: преобразование частоты,параметрическое усиление и генерация обращенной волны, электроакустическая память.

7. Установлено, что при взаимодействии циркулярно поляризованных волн в кристаллах с электрострикционной нелинейностью возникает брэг-говское отражение ЭМ волны от периодической структуры, формируемой мощной звуковой волной; параметрическое усиление и генерация встречных звуковых волн в поле мощной ЭМ волны. Показана возможность эффективного преобразования энергии электромагнитной волны в энергию акустической волноводной моды при чегырехволновом взаимодействии на квадратичной электрострикции.

8. Обоснована возможность использования акусто-электрооптических (АЭО) взаимодействий для управления поляризацией дифрагированных световых волн. На примере кристалла ниобата лития исследован эффект переключения плоскости поляризации дифрагированного света с сохранением эффективности брэгговокой дифракции в широкой полосе частот ультразвука. Рассмотрено АЭО взаимодействие в режиме многократного рассеяния света на звуке в тетрагональных кристаллах. Установлена связь азивдта поляризации и эллиптичности дифрагированного света с фотоупругими и электрооптическкми параметрами для АЭО взаимодействия в фоторефрактивных кубических кристаллах. Показано, что на основе исследованных явлений могут бить созданы устройства обработки инфор-

24

нации нового типа, сочетающие в себе преимущества АО модуляторов и электрооптических переключателей плоскости поляризации.

9. Установлено, что в зависимости от частоты модулирующего напряжения тлеются два качественно различных режима электрооптического взаимодействия в модуляторах на основе волноводов, полученных диффузией титана в ниобат лития. При низких частотах модуляции возникает пространственно модулированный объемный заряд, что приводит к искажению дифракционной картина.

Ш. Проанализировано влияние оптической и акустической гиротро-пии на поляризационные и энергетические характеристики дифрагированных на ультразвуке световых волн в раманнаговском и брэгговском режимах. Показано, что для объяснения эластограмм, наблюдает/их при дифракции Шефера-Бергмана в парателлурите, необходим учет акустической гиротропни, позволяющий объяснить наличие и форму разрывов дифракционных кривых вдоль акустических осей, а также появление дополнительных кривых из-за рассеяния, запрещенного в негиротропных кристаллах. Исследована динамика тонкой структуры брэгговского максимума с эллиптической поляризацией боковых шгчков.

11. Предложен поляризационный метод определения фотоупругих параметров гиротропных кубических кристаллов, а также эллипсомегри-ческий метод измерения параметров акустической гиротропии. Разработан феноменологический подход для описания акустооптической дифракции частично поляризованного светового пучка. Обнаружено явление полной деполяризации дифрагированного света при брэгговской дифракции частично поляризованного излучения.

12. Получено аналитическое решение задачи дифракции светотах пучков различного профиля поперечного сечения на затухающих УЗ волнах при сильном акустооптическом взаимодействии и произвольных углах Брэгга. Показано, что величина поворота плоскости поляризаппи

в нулевом и первом порядках дифракции определяется не только анизотропией фотоупругости, но и профилем поперечного сечения падающего пучка. Установлено, что на границах области АО взаимодействия происходит продольное смещение световых пучков (акустооптический аналог аффекта Гооса-Хенхена).

13. Дано новое решение проблемы управляемого фокусирования и сканирования ультразвуковых пучков, заключающееся в то?», что с помощью специальной конфигурации неоднородных электрических полей в пьезоэлектрике или параэлектрике создается линейное либо квадратичное изменение скорости в поперечном сечении УЗ пучка. Показана воз-яокность коррекция угла Брэгга неоднородным электрическим полем за

25

счет управляемого поворота фронта акустической волны в объемных и планарных АО устройствах. Рассчитаны конструкции акустооптических ячеек из пьезоэлектрических кристаллов с коррекцией угла Брэгга однородным и неоднородным электрическим полем. Предложен и экспериментально исследован широкополосный пленарный АО дефлектор.

Основные результаты диссертации опубликованы в следующих работах:

1. Белый В.Н.,Сердюков А.Н. О линейном воздействии магнитного поля на оптическую активность // Кристаллография.- 1974.-1.19,^6.-С. 12 79-1280.

2. Белый В.Н.,Сердюков А.Н. К теории распространения электромагнитных волн в закрученных кристаллах // ДАН БССР.- 1975.-Т.3, №3.-С.106-109.

3. Белый В.Н., Сердюков А.Н. Электромагнитные волны на границе гиротропной нелинейной среды // КПС.- 1976.- T.24.M.-C.I2I-I24.

4. Белый В.Н.Даткевич А.Г. Дифракция света на ультразвуке в акустически гиротропных кристаллах // Кристаллография.- 1978.-Т.23, JH.- С.831-832.

5. Белый В.Н. Воздействие электрического поля на акустическую активность кристаллов // Кристаллография.- 1980.-Т.25,К5.-С.Ш73-Ю75.

6. Белый В.Н.,Джилавдари И.З. Усиление ультразвука в условиях полного внутреннего отражения // Письма в ЖГФ.- 1980.-Т.6¿№17.-

С. Ю 73-10 76.

7. Белый В.Н.,Хило П.А. Граничные условия в акустике кристаллов с пространственной дисперсией // ДАН БССР.-1981.-Т.25Д9.-С.7Э1-793.

8. Белый В.Н.,Гиргель С.С. Влияние электрического поля на скорость и поляризацию упругих волн в сегнетоэлекгриках // Ковариант-ные методы в теоретической физике. Оптика и акустика,-Минск: ИЗ АН БССР, 1981.- C.I36-I4I.

9. Артус О .В., Белый В.Н.,Пашкевич Г.А. Увеличение разрешающей способности акустооптических дефлекторов с помощью неоднородных электрических полей // Всесоюз. конф. по исследованию и разработке прецизионных измерительных комплексов: Тез. докл.- Томск, 1981. 4.2.-С.21-22.

10. Белый В.Н. Необратимое двулучепреломление упругих волн в кристаллах с магнитной структурой и пространственной дисперсией// Кристаллография.- 1982,-Т.27,№5.-С.859-862.

11. Белый В .Н. .Джилавдари И.3., Севру к Б.Б. Управление ультра-

26

звуковым потоком вблизи предельного угла полного отражения // ЖТФ.-1982.- Т.52,Л8.-С.1653-1659.

12. Белый В.Н.,Пенязь В.А..Сердюков А.Н. Мандельштам-Бриллюэ-новское рассеяние в акустически активных кристаллах // Опт. и спектр.-1982 .-Т. 53, Кб .-0.130 7-1110 .

13. Белый В.Н.,Шепелевич В.В. Дифракция света на ультразвуке

в гиротропных поглощающих кристаллах // Опт» и спектр.- 1982.-Т.52, №5.-0.842-846.

14. Белый В.Н.,Севрук Б.Б. Управление поляризацией упругих волн электрическим полем, создающим спиральную анизотропию //Акуст. ж.- 1983 .-Т.29,В.2.-С.157-161.

15. Белый В.Н.,Севрук Б.Б. Особенности наведенной электрическим полем акустической анизотропии в кристаллах с большой диэлектрической постоянной // Кристаллография.- 1983.-Т.28,В.5.-С.925-931.

16. Белый В.Н.,Джилавдари И.3.,Пашкевич Г.А. Усиление акустических волн в условиях полного отражения от гексагональных пьезопо-лупроводников с отрицательной проводишстыо // Изв. АН БССР,сер.физ.-маг .наук.-1983 .-№4 .-С.79-87.

17. Белый В.Н.,Севрук Б.Б. О возможности создания сред с искусственной акустической активностью // Письма в КТФ,- 1983.-Т.53, №4 .-С .800-603.

18. Бокуть Б.В.,Белый В.Н.Дило П.А. О влиянии механических напряжений на акустическую активность кристаллов // Кристаллография.- 1984 .-Т .29,М.-С.802-804.

19. Белый В.Н.,Кулак Г.В. Дифракция световых пучков произвольной поляризации на объемных акустических волнах // Применение акус-тооптических методов и устройств в промышленности.-Л.,1984.-С.84-69.

20. Белый В.Н.,Митюрич Г.С..Шепелевич В.В. Дифракция частично поляризованного света в одноосных поглощающих кристаллах // Препринт. Мн.: Ш АН БССР.-1984.-Ж347.- 31 с.

21. Белый В.Н..Кулак Г.В. Коллшеарная акустооптическая дифракция в гиротропных поглощающих кристаллах // ЖПС.-1984.-Т.40,^5.-

С.821-824.

22. Белый В. Н., Севру к Б.Б. Влияние электрического поля на отражение ультразвуковой волны от керамической пластинки, помещенной В жидкость // Акуст .ж.- 1984.-Т.30.В.6.-С. 741-746.

23. Белый В ,Н., Севру к Б.Б. Влияние постоянного электрического поля на свойства волн Лэмба в центросимметричных материалах с высокой диэлектрической проницаемостью // ДАН БССР.-1984.-Т.28,.'М,С.332-335.

24. Белый Б.НПашкевич Г.А. Усиление ультразвука в условиях полного отражения от слоистых систем, содержащих пьезополупровод-никовые слои с дрейфом носителей заряда //Препринт. Мн.:Ш АН БССР .-1984 .-11324.- 47с.

25. Белый В.Н.,Пашкевич Г.А.,Севрук Б.Б. Сдвиговые поверхностные акустические волны в управляемых электроакустических решетках. // ДАН БССР.- 1985.-Т.29,Кв.-С.,Ю4-таб.

26. Белый В.Н.,Пашкевич Г.А.,Севрук Б.Б. Рэлеевские волны на поверхности центросимметричного диэлектрика, возмущенной внешним электрическим полем// Радиотехника и электроника.-1985.-Т .30 ,М2,-С.2452-2455.

27. Белый В.Н.,Севрук Б.Б. Параметрическое взаимодействие циркуляр-но поляризованных электромагнитных и акустических волн в кристаллах с электрострикционной нелинейностью // Ковариантные методы в теоретической физике. Оптика и акустика.-Минск: 1986.-С.132-141.

28. Белый В.Н.,Севрук Б.Б. Взаимное влияние электромагнитных и акустических волн в процессах трех- и четырехролнового взаимодействия в кристаллах с электрострикционной нелинейностью // Препринт. Мн.: Ш> АН БССР.- 1986.-Й442.-37с.

29. Белый В.Н. .Войтенко И.Г.,Кулак Г.В. Дифракция световых пучков на затухающих ультразвуковых волнах // ДАН БССР.-1986.-Т.30, Ш.-С .894-897.

30. Белый В.Н..Войтенко И.Г..Кулак Г.В.,Поветьев Я.Г. Отражение света от усиливающего слоя с пространственной модуляцией диэлектрической проницаемости // Препринт. Ын.: ® АН БССР.-1986.-№216.-26с.

31. Белый В.Н.,Севрук Б.Б. Даткевич А.Г. Воздействие внешнего электрического поля на акустические оси в центросимметричных кубических кристаллах //Кристаллография.-1986.-Т.31,Щ.-С.5-11.

32. Белый В.Н..Севрук Б.Б. Параметрические электроакустические эффекты в кристаллах с индуцированной внешним электрическим полем вращающейся акустической анизотропией // ЖТФ.-1987.-Т.57,

С.336-340.

33. Белый В.Н..Пашкевич Г.А.,Севрук Б.Б. Поляризационные эффекты при акустооптическом взаимодействии в тригональных кристаллах во внешнем электрическом поле // Оптика анизотропных сред.-М.: МФТИ, 1987 .- С.137-139.

34. Белый В.Н..Войтенко И.Г..Кулак Г.В. Продольное смещение световых пучков на границе области акустооптического взаимодействия

28

// Опт. и спектр.-1987.-Г.62,№5,-С. 1161-II64.

35. Белый В.Н.,Пащенко А.Г..Пашкевич Г.А.,Севрук Б.Б. Акустоопти-ческие взаимодействия в кристаллах с электрошдуцированной оптической анизотропией // Всесоюз. конф. по оптической обработке информации: Тез.докл.- Л., 1988.-Т.I.-С. 143.

36. Белый В.Н. .Войтеико И.Г.,Кулак Г.В. Акустооптическое взаимодей-сгвие частично поляризованных полихроматических световых пучков в кубических кристаллах // КПС.-1988.-Т.49,fö4.-C.830-833.

37. Белый В.Н.,Войтенко И.Г.,Горелый Н.Н.,Севрук Б.Б. Влияние фотопроводимости на электрооптическое взаимодействие в диффузионных волноводах ТУ : о пространственно модулированной диэлектрической проницаемостью // Письма в ИФ.- 1988.Т .14,^22.-С.2089-2093.

38. Белый В.Н.,Кулак Г.В. Акустооптнческоз взаимодействие в условиях полного отражения от усиливающих сред // ДАН БССР .-1988.-Т.32,JK3.-0.794-797.

39. Шепелевич В.В.,Белый В.Н..Кулак Г.В. Дифракция света на ультразвуке в гиротрошшх средах // Препринт.Мн.: I® АН БССР.-1988.-JE504.-20C.

40. Белый В.Н.,Кулак Г.В.,Шепелевич В.В. Дифракция света на ультразвуке в гиротропных кубических кристаллах в режиме Рамана-Ната // Опт. и спектр.-1988.-Т.65,JF3,-С.636-640.

41. Белый В.Н.,Войтенко И.Г.,Горелый H.H. Брэгговская дифракция пучков ПАВ на электроуправляемых акустических решетках /Д1У Всесюз.конф. по акустоэлектронике и физической акустике твердого тела: Тез .докл.-Кишинев: 1989,Т Л.-С .25-26.

42. Белый В.Н.,Пашкевич Г.А..Ропот П.И.,Шепелевич В.В. Акустоопти-ческие взаимодействия в гиротропных кубических кристаллах с электропндуцированной оптической анизотропией // Препринт.Мн.: IS АН БССР.-1989.-W550.-26с.

43. Белый В.Н.,Пашкевич Г.А. Регулируемый внешним электрическим полем брэгговский отражатель ПАВ // Х1У Всесюз.конф. по акустоэлектронике и физической акустике твердого тела: Тез.докл,-Копнев, 1989,Т.2.-С.89-90.

44. Белый В.Н.,Пашкевич Г.А..Ропот П.И. Новый метод определения фотоупругих постоянных гиротрошшх кубических кристаллов // ХУ Всесюз.конф. по акустоэлектронике и физической акустике твердого тела: Тез.докл.-JI.: 1991.Т.1У.-С.53-55.

45. Белый В.Н.Дащенко А.Г..Пашкевич Г.А. Акусто-электроопгвческий модулятор // Опт. и спектр .-1990 ,-Т.68,M .-С.205-207.

46. Белый В.Н.,Кулак Г.В. Дифракция света на ультразвуке в гиро-тропных кубических кристаллах в режиме Брэгга // 1ПС.-1991.-Т.54,№5.-0.803- 608i.

47. Белый В.Н..Ропот П.И.,Шепелевич В.В. Влияние електроиндуциро-ванной оптической анизотропии на акустооптическое взаимодействие в гиротропных кубических кристаллах в режиме Брэгга // Опт. и спектр.-I99I,-Т.71,в Л.-С. 70-77.

48. Акимов C.B..Белый В.Н..Горбенко В,М..Курилкшш О.Н..Савченко В.В.,. Хаткевич А.Г. Дифракция света на ультразвуке в акустически гиротропных кристаллах // «TT.-I99I.-T.33,Ji2.-C.600-606.

49. A.c. 624185 СССР, МКИ £ 02 В 1/02. Сферическая лшза/В.Н.Бе-лый, А.Г.Мащенко, Я.Г.Поветьев, А.Г.Хаткевич (СССР).-4с.: ил.

50. A.c. 776295 СССР, МКИ G 02 1/33. Акустооптический дефлектор /В.Я.Анисимов, В.Н.Белый, В.М.Дашенков, В.ИЖравченко (СССР).-8с.: ил.

51. A.c. 794835 СССР, МКИ В 06 ВЗ/04. Ультразвуковая линза/ В.Н.Белый, Г.А.Пашкевич, А.Г.Хаткевич (СССР). -7с.: ил.

52. A.c. 799606 СССР, МКИ G 02 1/33. Способ коррекции угла Брэгга в ультразвуковых дефлекторах светового луча / В.Я.Анисимов, В.Н.Белый, Н.А.Шипай (СССР) .-6с.:ил.

53. A.c. 808167 СССР, МКИ'В 06 3/134. Устройство для управления пространственными параметрами пуков упругих волн/ В.H .Белый, Н.СЛСазак (СССР) .-12с.: ил.

54. A.c. 822922 СССР, МКИ В 06 3/04. Устройство для фокусирования ультразвуковых пучков/. В.H .Белый, Н.С.Казак (СССР) .-8с.: ил.

55. A.c. 841075 СССР, МКИ HOI 3/II. Лазер о модулированной добротностью / В.Н.Белый, Я.Г.Поветьев, А.Г.Хаткевич, П.А.Шшай (СССР).-4с.: ил.

56. A.c. 856586 СССР, МКИ В 06 В 3/04. Устройство для управления пространственными параметрами пучков упругих волн/ В.Н.Белый, Н.С.Казак (СССР) .-8с.: ил.

57. A.c. 990059 СССР, МКИ H 03 3/04. Усилитель ультразвуковых волн/ О.В.Артус, В.Н.Белый, И.З, Джилавдари, Г.А.Пашкевич (СССР).-8с.: ил.

58. A.c. Ш52280 СССР, ШИВ 06 ВЗ/04. Ультразвуковой дефлектор/ В.Н.Белый, Г.А.Пашкевич, Я.Г.Поветьев, Б.Б.Севрук (СССР) .-6с.;ил

69. А.с, Ц60906 СССР, МКИ Н 01 41/08, Кольцевой акустоэлектронный генератор / В.Н.Белый, И.З.Ддалавдари, И.А.Морозов, Г.А.Пашкевич (СССР) .-8о.: ил.

60. А.с. 1278038 СССР, МКИ В 06 В 1/06, Устройство поворота плоскости поляризации ультразвуковой волны / В.Н.Белый, С.С.Гиргель, Г.А.Пашкевич, Б.Б.Севрук (СССР).- 7о.:ил.

61. А.о. 1338651 СССР, МКИ С 02 1/33. Акустооптический дефлектор/ В.Н.Белый, И.Г.Бойтенко, Г.А.Пашкевич, Б.В.Севрук (СССР) .-6с:ил.

БЕЛЫЙ Владимир Николаевич

ВЛИЯНИЕ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ПОЛЕЙ НА АКУСТОЭЛЕКТРОННЫЕ И АКУС100ПГИЧЕСКИЕ ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ В КРИСТАЛЛАХ

Подписано к печати 17.03.1992 г. Печать офсетная. Формат 60x90 1/16. Объем 2 д.л. Тираж ЮО экз. Заказ Л Ш . Бесплатно.

Институт физики им,Б.И.Стеданова АНБ 220602, г.Минск, ГСП, Ленинский пр., 70 Отпечатано на ротапринте Института физики АНБ