Пустовойт В.И. / Pustovoit, V.I.
Научно-технологический центр уникального приборостроения Российской Академии Наук / Scientific and Technological Center of Unique Instrumentation of RAS
Выпуск в базе РИНЦ
Пустовойт В.И. Теория акустооптической фильтрации с контролируемой полосой пропускания // Физические основы приборостроения. 2018. Т. 7. № 2(28). С. 4–19. DOI: 10.25210/jfop-1802-004019
Pustovoit, V.I. Theory of Acousto-optical Filter with controlled bandwidth // Physical Bases of Instrumentation. 2018. Vol. 7. No. 2(28). P. 4–19. DOI: 10.25210/jfop-1802-004019

Аннотация: Решена задача о дифракции светового излучения на линейно частотно модулированных пакетах звуковых волн, распространяющихся в кристалле, обладающего акусто-оптичес- кими свойствами. Пакеты распространяются один за другим без скачка полной фазы всех трех волн. Рассматривается коллинеарный случай, когда все три волны: падающая, дифрагированная и звуковая волны распространяются в одном и том же направлении, причем направления волновых векторов световых волн направлены в одну и ту же сторону. Найдено строгое выражение для инструментальной функции акусто-оптического фильтра для дифракции на линейно частотно модулированных пакетах звуковых волн и показано, что полуширина инструментальной функции такого акусто-оптического фильтра существенно зависит от величины девиации частоты звуковой волны. Доказано, что несмотря на то, что в каждый момент времени в кристалле реализуются разные пространственные распределения амплитуд и частот звуковых волн, образующих пакет, инструментальная функция коллинеарного акусто-оптического фильтра не зависит от времени. Последнее свойство есть следствие следующих трех обстоятельств: уравнения, описывающие дифракцию относительно амплитуды световых волн являются линейными и, во-вторых, девиация частот одинакова в каждом пакете, и, наконец в третьих, отсутствует скачок полной фазы волн между пакетами. При выполнение указанных выше условий инструментальная функция не будет зависеть от времени, что крайне важно для реализации спектральных измерений, поскольку позволяет выполнять многократные измерения слабого сигнала и реализовать режим накопления. Это в полной мере относится также и к акусто-оптическим системам видения и распознавания объектов. Проанализированы зависимости инструментальной функции от величины девиации частоты, интенсивности звуковой волны, а также некоторых других оптических и акустических параметров среды. Рассмотрен также случай коллинеарной дифракции в неоднородных метаматерилах и показано, что случай слабо неоднородных материалов, с математической точки зрения, сводится рассмотренному выше случаю дифракции на линейно частотно модулированной звуковой волне, причем, как показано, величина «девиации» определяется значениями неоднородностей оптических и акустических свойств среды.
Abstract: The problem of the diffraction of light radiation by linearly frequency-modulated packets of sound waves propagating in a crystal with acoustic-optical properties is solved. Packets spread one after another without a jump in the total phase of all three waves. A collinear case is considered where all three waves: the incident, diffracted and sound waves propagate in the same direction, and the directions of the wave vectors of the light waves are directed to the same side. A strict expression for the instrumental function of an acousto-optical filter for diffraction on linearly frequency-modulated sound wave packets is found, and it is shown that the half-width of the instrumental function of such an acousto-optical filter essentially depends on the magnitude of the deviation of the sound wave frequency. It is proved that in spite of the fact that at each instant of time different spatial distributions of the amplitudes and frequencies of the sound waves forming the packet are realized in the crystal, the instrumental function of the collinear acousto-optical filter does not depend on time. The last property is the consequence of the following three circumstances: the equations describing the diffraction relative to the amplitude of the light waves are linear and, secondly, the deviation of the frequencies is the same in each packet, and finally, there is no jump in the total phase of the waves between the packets. If the above conditions are fulfilled, the instrumental function will not depend on the time, which is extremely important for the realization of spectral measurements, since it allows performing multiple measurements of a weak signal and realizing the accumulation mode. This fully applies also to the acousto-optical systems of vision and recognition of objects. Dependences of the instrumental function on the magnitude of the frequency deviation, the intensity of the sound wave, and also some other optical and acoustic parameters of the medium are analyzed. The case of collinear diffraction in inhomogeneous metamaterials is also considered and it is shown that, from the mathematical point of view, the case of weakly inhomogeneous materials reduces to the diffraction case discussed above on a linearly frequency-modulated sound wave, and, as shown, the magnitude of «deviation» is determined by the values of the inhomogeneities of the optical and acoustic properties of the crystal.
Ключевые слова: коллинеарная дифракция, неоднородные свойства кристаллов, дифракция на частотно модулированных волнах, acousto-optica, collinear diffraction, inhomogeneous properties of the crystal, коллинеарная дифракция