Рассмотрим теперь дифракцию света на акустических волнах, возбуждаемых в оптически прозрачной среде. Оптический луч падает на ячейку и проходит через акустический пучок. В следствие упруго-оптического эффекта, проходящая акустическая волна устанавливает пространственную модуляцию показателя преломления, которая при определенных условиях, будет производить дифракцию света в одном или нескольких направлениях.

Акустооптическое взаимодействие можно рассматривать как параметрический процесс, когда падающая световая волна смешивается с акустической волной, чтобы генерировать ряд волн поляризации. Поляризационные волны в свою очередь порождают новые оптические волны различных порядков дифракции.

Наиболее интересным частным случаем является дифракции Брэгга.

При соблюдении условий Брэгга, не нулевую амплитуду имеет волна только первого порядка дифракции.

Волновая векторная диаграмма Брэгговской дифракции в оптически анизотропной среде, такой как у двулучепреломляющего кристалла (TeO₂), показана ниже.

Значительная дфиракция луча происходит только когда достигается точное совпадение импульсов.

В общих случаях АО взаимодействия в анизотропной среде магнитуды волновых векторов задаются:

где Λ=V/f  длина волны звука, и V и f скорость и частота звуковой волны.

В общем случае, показатели преломления падающего и дифрагированных световых пучков различны.

В качестве примера, рассмотрим дифракцию Брэгга в положительном одноосном кристалле.

Из волновой векторной диаграммы, показанной на рисунке выше и с помощью закона косинусов получаем:

Одним из основных параметров является дифракционная эффективность выражающаяся

где P_a – акустическая мощность, H -ширина акустического луча, ρ  – плотность вещества, V -скорость акустической волны, и добротность материала.

Таким образом, дифракционная эффективность линейно пропорциональна акустической мощности.

ТеО₂ кристалл имеет чрезвычайно высокую АО- эффективность (М₂ = 793 х 10^-18 с³/г при определенной геометрии взаимодействия) что позволяет использовать пониженную акустическую мощностью без ухудшения дифракционной эффективности по сравнению с другими материалами.

При увеличении акустической мощности дифракционная эффективность возрастает и может достигать 100 процентов.

Таким образом в режиме Брегга достигается полное отражение(отклонение) падающего луча.

Эти особенности дают возможность эффективно проектировать все виды АО- устройств с техническими характеристиками, позволяющими, в частности, отказаться от мощных систем охлаждения, а также построить ряд уникальных АО- устройств. Например, AOTF с высокой апертурой для обработки изображений многоканальных устройств.

Reference list:

[1] Xu J and Stroud R 1992 Acousto-Optic Devices (New York:Wiley)

[2] Handbook of optics. CHAPTER 12 ACOUSTO-OPTIC DEVICES AND APPLICATIONS I. C. Chang

[3] Goutzoulis A and Pape D 1994 Design and Fabrication of Acousto-Optic Devices (New York: Dekker)