Acusto-optica

Acousto- optica  este o ramură a fizicii care studiază interacțiunea undelor optice și sonore (interacțiunea acusto-optică), precum și o ramură a tehnologiei , în cadrul căreia sunt dezvoltate și cercetate dispozitive care utilizează interacțiunea acusto-optică (dispozitive acusto-optice). .

Pentru a face referire la o gamă largă de fenomene asociate cu interacțiunea acusto-optică, se folosește uneori termenul general „efect acusto-optic”. În aproape orice dispozitiv acusto-optic, o undă acustică este excitată folosind unul sau altul traductor electro-acustic , cel mai adesea unul piezoelectric . Astfel, dispozitivele acusto-optice sunt controlate de semnale electrice (de înaltă frecvență ), care sunt generate în unitățile electronice de control corespunzătoare. Prin urmare, acusto-optica este considerată o ramură a electronicii funcționale .

Fenomene acusto-optice de bază

• Difracția luminii prin ultrasunete (difracția acusto-optică).
• Refracția luminii la ultrasunete (refracția acusto-optică).
• Amplificarea undelor acustice slabe, precum și generarea lor sub acțiunea unei unde optice puternice ( fenomene fotoacustice sau optoacustice).

În consecință, ramura fizicii (acustica) care studiază excitația undelor acustice sub influența unei unde optice se numește fotoacustică sau optoacustică.

• Sub influența unei unde puternice de ultrasunete într-un lichid, la rândul său, poate fi observată generarea unei unde optice - așa-numita sonoluminiscență .

În sens restrâns, fenomenele acusto-optice sunt înțelese doar ca difracția și refracția luminii prin ultrasunete. Fenomenul principal utilizat în dispozitivele acusto-optice moderne este difracția acusto-optică.

Aplicații ale fenomenelor acusto-optice

Efectul acusto-optic este utilizat pe scară largă atât în ​​cercetarea științifică, cât și în dispozitivele tehnice. În special, metoda acustic-optică poate fi utilizată pentru vizualizarea câmpurilor acustice și controlul calității materialelor transparente. Filtrele acusto-optice permit analiza chimică de la distanță a mediului. În plus, dispozitivele acusto-optice se dovedesc a fi extrem de eficiente pentru analiza semnalelor radio de înaltă frecvență . Cel mai important domeniu de aplicare este sistemele optice de procesare a informațiilor , inclusiv elementele sistemelor de comunicații optice și computerele optice .

O varietate de aplicații ale dispozitivelor acusto-optice devin posibile datorită versatilității efectului acusto-optic, care poate fi folosit pentru a manipula eficient toți parametrii unei unde optice. Astfel, dispozitivele acusto-optice fac posibilă controlul intensității radiației laser , poziția fasciculului optic în spațiu, polarizarea și faza undei optice, precum și compoziția spectrală și structura spațială a fasciculelor optice.

Clasele principale de dispozitive acusto-optice

• Modulatoare  - vă permit să controlați intensitatea radiației optice.
• Deflectoare  - deviază fasciculul optic la un anumit unghi și, de asemenea, scanează fasciculul în spațiu.
• Filtre reglabile :
  • filtre de lungimi de undă ale radiației optice, sau filtre spectrale - transmit radiația optică doar într-un anumit interval de lungimi de undă, în timp ce „fereastra” de transmisie poate fi reconstruită;
  • filtre de frecvență spațială -  controlează structura spațială a fasciculului optic (trece anumite frecvențe spațiale ale spectrului unghiular al radiației optice).
• Dispozitive de măturare  - vă permit să citiți o imagine optică linie cu linie și să o convertiți folosind un fotodetector cu un singur element într-o secvență de semnale electrice.
• Analizoare de semnale electrice (semnale radio):
  • analizoare de spectru de semnal radio ;
  • contoare de fază a semnalului radio.
• Dispozitive de întârziere reglabile  - întârzie semnalul pentru un anumit timp, a cărui durată, spre deosebire de liniile de întârziere acustoelectronice în stare solidă , este ușor de reglat (prin poziția fasciculului optic).
• Compresoare de impulsuri radio  - efectuează compresia impulsurilor electrice.
• Procesoare acusto-optice  - efectuează anumite operații matematice asupra semnalelor optice și acustice. În special:
  • corelatoare - se calculează corelația a două semnale;
  • convolvere - efectuează o operație matematică de convoluție a două semnale;
  • procesoare matrice-vectorale - efectuează operații de algebră liniară ;
• Sisteme acusto-optice cu feedback :
  • sisteme de stabilizare a parametrilor optici și electrici (de exemplu, sisteme de stabilizare a intensității unui fascicul optic);
  • generatoare electron-acusto-optice - sisteme auto-oscilante care conțin un dispozitiv acusto-optic ca element principal neliniar ; fac posibilă obținerea de auto-oscilații coordonate ale mărimilor electrice, acustice și optice, inclusiv moduri oscilatorii regulate și stocastice ;
  • sisteme bistabile și multistabile  - sisteme acusto-optice caracterizate prin două sau mai multe stări stabile, între care comutarea este posibilă sub o anumită influență externă; astfel de sisteme pot fi considerate analogi optici ai clapelor electronice .

Secțiuni legate de acusto-optică

Acusto-optica și optoacustica nu trebuie confundate. Acestea sunt discipline separate.

Acusto-optica modernă este strâns legată nu numai de secțiunile sale „mamă” ale fizicii - cu acustica și optică , ci și cu fizica cristalelor (interacțiunea acusto-optică în cristale este studiată în mod activ ), precum și cu discipline aplicate precum optoelectronica și radiofizica .

În timp ce semnalele acustice sunt convertite în semnale optice în dispozitivele acustice-optice (și semnalele optice sunt convertite în semnale acustice în sistemele fotoacustice), sistemele cu conversie reciprocă a semnalelor acustice și electrice sunt studiate în acustoelectronică .

Un domeniu înrudit cu acusto-optica este vibrometria laser , care ia în considerare metodele de sondare optică a corpurilor oscilante (vibratoare). Efectul fotoelasticității , care asigură difracția și refracția acusto-optică, stă la baza metodei de polarizare-optică pentru studierea deformațiilor statice ale materialelor.

Literatură

1. Mustel E. R. , Parygin V. N. Metode de modulare și scanare a luminii. — M .: Nauka, 1970.
2. Damon R. , Maloney V. , McMahon D. Interacțiunea luminii cu ultrasunetele: un fenomen și aplicațiile sale // Physical Acoustics / ed. Mason W. și Terson R. Trans. din engleză.- M . : Mir, 1974. - T. 7.
3. Tucker J. , Rampton V. Hypersound in solid state physics / transl. din engleză. - M. , 1975.
4. Bergman L. Ultrasunetele și aplicarea sa în știință și tehnologie. — M .: Nauka, 1977.
5. Rebrin Yu. K. Controlul fasciculului optic în spațiu. - M. , 1977.
6. Magdich L. N. , Molchanov V. Ya. Dispozitive acusto-optice și aplicațiile lor. - M . : Sov. radio, 1978.
7. Kulakov SV Dispozitive acusto-optice pentru analiza spectrală și de corelație a semnalelor. -L.: Nauka, 1978.
8. Metode acusto-optice de prelucrare a informaţiei, Sat. articole / ed. Karbukova G. E. și Kulakova S. V. - L .: Nauka, 1978.
9. Gulyaev Yu. V. , Proklov V. V., Shkerdin G. N. Difracția luminii prin sunet în solide // Uspekhi fizicheskikh nauk. - 1978. - T. 124 , nr. 1 . - S. 61-111 .
10. I. B. Yakovkin , D. V. Petrov Difracția luminii prin undele acustice de suprafață. - Novosibirsk: Nauka, 1979.
11. Levin V. M. , Maev R. G. , Proklov V. V. Lumină și sunet: interacțiune în mediu. - M. , 1981.
12. Levin V. M. , Maev R. G. , Proklov V. V. Prelucrarea semnalelor radio prin dispozitive acustoelectronice și acusto-optice. - M. , 1983.
13. Balakshiy V. I. , Parygin V. N. , Chirkov L. E. Fundamentele fizice ale acusto-opticii. -M .: Radio și comunicare, 1985.
14. Yariv A. , Yukh P. Unde optice în cristale / per. din engleză. -M., 1987.
15. Zadorin A. S. , Shandarov S. M. , Sharangovich S. N. Proprietăți acustice și acustooptice ale cristalelor simple. - Tomsk: Statul Tomsk. Universitatea, 1987.
16. Bondarenko V. S. , Zorenko V. P. , Chkalova V. V. Modulatoare de lumină acusto-optice. - M. , 1988.
17. Oleg B. Gusev , Sergey V. Kulakov , B. P. Razzhivin , D. V. Tigin Procesarea optică a semnalelor radio în timp real. - M . : Radio și comunicare, 1989.
18. Xu J. și Stroud R. Dispozitive acusto-optice . - New York: Wiley, 1992. - ISBN 0-471-61638-9 .
19. A. Korpel . Acousto-optics = Acousto-optics / tradus din engleză. E. R. Mustel . —M.: Mir, 1993. — 240 p. -800 de exemplare.  —ISBN 5-03-002598-7.
20. Goutzoulis AP și Pape DR Proiectare și fabricare de dispozitive acusto-optice. — New York: Marcel Dekker, 1994.
21. J. Sapriel. Acusto-optica. - Wiley-Blackwell, 1979. - 126 p. — ISBN 0-47199700-5 .
22. Procesarea semnalului acusto-optic: teorie și implementare / Norman J. Berg, John M. Pellegrino. — Ed. a II-a. - NY: Marcel Dekker, 1995. - 600 p. — (Inginerie optică). - ISBN 0-8247-8925-3 .
23. Khimenko VI, Tigin DV Acusto -optică statistică și procesare a semnalului. - Sankt Petersburg. : Editura Universității din Sankt Petersburg, 1996. - ISBN 5-288-00929-5 .
24. Parygin V. N., Balakshiy V. I. , Voloshinov V. B. Electro-optică, acusto-optică și prelucrare optică a informațiilor la Departamentul de Fizică a Oscilațiilor din cadrul Universității de Stat din Moscova , - Radio Engineering and Electronics, 2001, vol. 46, nr. 7, pp. 775 -792.
25. Zadorin AS Dinamica interacțiunii acusto-optice. - Tomsk: Statul Tomsk. universitate, 2004. - ISBN 5-94621-096-3 .
26. V. Ya. Molchanov, Yu. I. Kitaev, A. I. Kolesnikov (și alții). Teoria și practica acusto-opticii moderne. — M. : MISiS, 2015. — 458 p. - 500 de exemplare.  - ISBN 978-5-87623-483-4 .

• Marea Enciclopedie Rusă . - M. : BRE, 2005. - T. 1. - ISBN 5-85270-329-X .
• „Acusto-optică” // Enciclopedia fizică / ed. Prokhorova A. M .. - M . : " Enciclopedia Sovietică " / " Marea Enciclopedie Rusă " , 1988. - T. 1. - ISBN 5-85270-034-7 .
• „Acusto-optică” // Electronică: Dicţionar Enciclopedic / Cap. ed. Kolesnikov V. G. - M . : " Enciclopedia sovietică " , 1991. - ISBN 5-85270-062-2 .
• Grachev S. V., Naumov K. P., Ushakov V. N., Byshevsky-Konopko O. A., Zhogun V. N., Mazur M. M., Pozhar V. E., Proklov V. V., Pustovoit V. I. , Tyablikov A. V. Procesoare acustice-optice ale procesoarelor spectrale. - M . : Inginerie radio, 2012. - 192 p. - ISBN 978-5-88070-313-5 .

Link -uri

• Laboratorul de Acusto-Optică și Optoelectronică, Facultatea de Fizică, Universitatea de Stat Lomonosov din Moscova M. V. Lomonosov . Consultat la 27 septembrie 2014. Arhivat din original pe 7 septembrie 2017. (nedefinit)

• NTUC Acusto-optică. MISiS (link inaccesibil) . vechi.misis.ru. Arhivat din original pe 21 martie 2019. (nedefinit) 
• Laborator de metode acusto-optice de prelucrare a informaţiei. Filiala Fryazino a IRE RAS . . fireras.su.  (nedefinit) (link indisponibil)
• Laborator de Fenomene Optice Rapide în Structuri Solid State. Filiala Fryazino a IRE RAS . . fireras.su.  (nedefinit) (link indisponibil)
• Laborator Dispozitive Acusto-Optice de Procesare a Informaţiei SUAI . spie.guap.ru. (nedefinit)
• Departamentul de Cercetare Măsurători Acusto-Optice și Optoelectronică Laser VNIIFTRI (link inaccesibil) . Arhivat din original pe 3 octombrie 2019. (nedefinit) 

Dicționare și enciclopedii	Rusă mare Ucraina modernă
În cataloagele bibliografice	J9U : 987007293980605171 LCCN : sh85000599