Брэгговская дифракция

В первых попытках синтеза МИС [49— 52] ставилась цель создать элементы, которые распространили бы явление брэгговской дифракции рентгеновских лучей в кристаллах на более длинноволновый диапазон и тем самым позволили бы развить спектроскопию в мягком рентгеновском диапазоне. [c.117]

Дифракция света, удовлетворяющая условию (9.2.4), называется брэгговской дифракцией по аналогии с дифракцией рентгеновского излучения в кристаллах. Для того чтобы оценить порядок величины угла в, рассмотрим случай дифракции света с длиной волны X = 0,5 мкм на звуковой волне частотой 500 МГц. Выбирая из табл. 9.3 скорость звука равной v- 1,5-10 м/с, имеем Л = = 3-10 м и из (9.2.4) получаем в 6-10 рад 3,6°. Условие брэгговской дифракции (9.2.4) найдено в предположении, что периодическое возмущение неподвижно относительно светового пучка. Влияние движения можно учесть, если рассмотреть доплеровский сдвиг для оптического пучка, падающего на зеркало, перемещающееся со скоростью V под углом, удовлетворяющим условию Брэгга (9.2.4). Формула для доплеровского сдвига частоты волны, отражающейся от движущегося объекта, имеет вид [c.356]

БРЭГГОВСКАЯ ДИФРАКЦИЯ В АНИЗОТРОПНОЙ СРЕДЕ [c.358]

РИС. 9.4. Брэгговская дифракция в анизотропной среде, а — дифракция светового пучка на звуковой волне б — сохранение импульса. [c.360]

БРЭГГОВСКАЯ ДИФРАКЦИЯ И ТЕОРИЯ СВЯЗАННЫХ МОД [c.362]

В предыдущем разделе мы рассмотрели кинематические свойства брэгговской дифракции, т. е. сохранение энергии и импульса. Эти законы сохранения приводят к условию брэгговской дифракции, которое дает соотношение между углами падения и дифракции светового пучка. Чтобы ответить на вопрос, а каковы же интенсивность и состояние поляризации дифрагированного пучка, необходимо рассмотреть электромагнитные свойства излучения. Для изучения брэгговской дифракции света на звуковой волне мы используем здесь формализм связанных мод, развитый в гл. 6. Для этого предполагаем, что акустическая волна является плоской и неограниченной, т. е. высшие дифракционные порядки отсутствуют (см. следующий раздел), и что под действием звука связанными оказываются лишь две волны — падающая волна с частотой со и дифрагированная волна с частотой со + Q или со - в зависимости от направления распространения звука относительно падающего оптического пучка. [c.362]

БРЭГГОВСКАЯ ДИФРАКЦИЯ НА МАЛЫЕ УГЛЫ [c.365]

БРЭГГОВСКАЯ ДИФРАКЦИЯ ПРИ БОЛЬШИХ УГЛАХ [c.373]

Выражение (9.5.44) представляет собой общее условие Брэгга для многих случаев брэгговской дифракции. Условие (9.2.3) является частным случаем этого общего условия, когда 2 = ks md при поглощении фонона (приближающаяся звуковая волна / и j3, имеют противоположные знаки), или когда j3, = - 2 [c.374]

Брэгговская дифракция рентгеновских лучей в кристаллах имеет вид [7] [c.390]

Таким образом, если сравнить это условие с условием брэгговской дифракции рентгеновских лучей при А — d, то разрешенным оказывается лишь случай т - . [c.390]

Что происходит при брэгговской дифракции света на стоячей звуковой волне Определите смещения частоты и направления дифракции. [c.390]

В гл. 9 было показано, что при взаимодействии световых пучков со звуковой волной в фотоупругой среде возникает много интересных явлений. Эти явления (например, брэгговская дифракция) могут быть использованы при создании модуляторов света, дефлекторов пучков, перестраиваемых фильтров, анализаторов спектра и устройств обработки сигналов. Использование акустооптического взаимодействия позволяет модулировать лазерное излучение или обрабатывать с высокой скоростью информацию, переносимую излучением, поскольку при этом отпадает необходимость в использовании каких-либо механических перемещающихся элементов. Это свойство аналогично электрооптической модуляции с той лишь разницей, что при акустооптическом взаимодействии вместо постоянных полей применяются ВЧ-поля. Последние достижения в применениях акустооптических устройств обусловлены главным образом наличием лазеров, которые генерируют интенсивные когерентные световые пучки, развитием эффективных широкополосных преобразователей, генерирующих упругие волны с частотами вплоть до микроволновых, а также открытием веществ, обладающих замечательными упругими и оптическими свойствами. В данной главе мы изучим различные устройства, основанные на брэгговской дифракции. Будут рассмотрены их характеристики пропускания, эффективность дифракции, рабочая полоса частот и другие параметры. [c.393]

РИС. 10.1. Акустооптические модуляторы света, а — режим дифракции Рамана-Ната б — режим брэгговской дифракции. [c.394]

Следовательно, если интенсивность звука модулирована, то модулированной оказывается и интенсивность дифрагированного светового пучка. Таким образом, акустооптическая брэгговская дифракция позволяет закодировать информацию в оптическом пучке. Для того чтобы эффективность брэгговской дифракции была достаточной, направления падающего и дифрагированного оптических пучков должны быть приблизительно симметричны по отношению к акустическим волновым фронтам. При этом как угол падения, так и угол дифракции известны как угол Брэгга вд, который определяется выражением [c.395]

Модулированная звуковая волна обычно характеризуется центральной частотой /о и полосой Д/ (т. е. полосой модуляции). Полоса Д/, достижимая в акустооптических модуляторах, определяется главным образом, как мы увидим ниже, угловой расходимостью светового пучка. Для бесконечно широких звуковых и световых пучков волновые векторы имеют хорошо определенные направления. Поэтому для данного угла падения и соответствующего ему угла дифракции условие брэгговской дифракции (10.1.3) может быть выполнено на одной акустической частоте (нулевая полоса модуляции, Д/ = 0). На практике приходится иметь дело с ограниченными звуковыми и световыми пучками, что приводит к конечной угловой расходимости пучка. Конечное угловое распределение волновых векторов позволяет получать брэгговскую дифракцию в некотором диапазоне акустических частот (конечная полоса модуляции). Дифференцируя выражение (10.1.3а), полосу модуляции можно записать в виде [c.396]

РИС. 10.2. Брэгговская дифракция светового пучка конечной ширины на модулированном акустическом пучке конечной ширины. Угловая расходимость светового пучка равна в, а звукового — 6ф. [c.397]

Отсюда следует, что максимальная полоса модуляции составляет приблизительно половину звуковой частоты. Таким образом, широкая полоса модуляции возможна лишь при высокочастотной брэгговской дифракции. [c.398]

Одним из наиболее важных применений акустооптического взаимодействия являются дефлекторы оптических пучков. Принцип работы акустооптических дефлекторов в основном такой же, как и у модуляторов, основанных на брэгговской дифракции. Единственное различие состоит в том, что теперь изменяется не амплитуда, а частота звуковой волны. Использование акустооптического взаимодействия позволяет создавать дефлекторы пучков с высоким разрешением. При этом могут быть созданы сканирующие дефлекторы как с произвольной выборкой, так и непрерывно действующие. Основной принцип действия таких устройств иллюстрирует рис. 10.4, а соответствующее объяснение можно дать с помощью рис. 10.5. Для многих приложений важными параметрами таких устройств являются число разрешимых элементов пучка, быстродействие и эффективность. [c.410]

Рассмотрим теперь брэгговскую дифракцию (рис. 10.4). Угол отклонения при условии Брэгга равен 20д = 2 ar sin (X/Q/2nv). На рис. 10.5 приведена соответствующая этой дифракции векторная диаграмма импульсов. Предположим, что частота звука изменяется от /д до /д -Ь Д/. Поскольку К — l-wf/v, это приводит к изменению звукового волнового вектора на величину АК = как показано на рисунке. Поскольку угол падения остается неизменным (вд) и фактически неизменной сохраняется длина вектора дифрагированной волны к, концы этих векторов к оказываются расположенными на окружности, изображенной на рис. 10.5. Таким образом, мы не можем замкнуть диаграмму импульсов и, следовательно, закон сохранения импульсов не выполняется. Пучок будет дифрагировать в направлении, которое соответствует наименьшему нарушению закона сохранения импульса . Дифракция происходит [c.410]

На практике полоса модуляции Д/ ограничивается широкополосным преобразователем и допустимыми отклонениями угла Брэгга. Последнее связано с тем, что соответствующий угол падения света при резонансной брэгговской дифракции зависит от частоты звука Од Xf/2nv). Для того чтобы дефлектор имел полосу Д/, угол падения (угол между волновым вектором падающего светового пучка к и звуковым волновым фронтом) должен перекрывать диапазон порядка [c.412]

РИС. 10,6. Акустооптическая брэгговская дифракция света на фазированной решетке акустических волн [7], [c.414]

Эффекты акустооптич, взаимодействия используются как при физ. исследованиях, так и в технике. Дифракция света на УЗ даёт возможность измерять локальные характеристики У 3-полей. По угловым зависимостям дифрагированного света определяются ди-аграмма направленности и спектральный состав акустич. излучения. Анализ эффективности дифракции в разл. точках образца позволяет восстановить картину пространственного распределения интенсивности звука, В частности, на основе акустооптич. эффектов осуществляется визуализация звуковых полей. С помощью брэгговской дифракции удаётся получить информацию о спектральном, угловом и пространственном распределении акустич, фояонов в ДВ-области фононного спектра. Этот метод представляет ценность для изучения неравновесных акустич. фононов, иапр. в условиях фононной (акустоэлектрической) неустойчивости в полупроводниках, обусловленной усилением [c.46]

При распространении в среде звуковых волн большой интенсивности данные о модулях упругости высших порядков получают измеряя с помощью брэгговской дифракции амплитуды возникающих в волне гармоник (см. Нелинейная акустика), к-рые проиорциональны нелинейным модулям упругости соответствующих порядков. [c.47]

В дифракц. дефлекторе (рис. 1) луч света падает на АОЯ, в к-рой возбуждается звуковая волна частоты /ив результате брэгговской дифракции частично отклоняется. При пзмепепии / меняется и угол [c.47]

Акустооптичеекое взаимодействие в оптических волноводах. В оптич. волповодах, представляющих собой тонкий слой прозрачного материала на поверхности подложки (т. н. планарные волноводы), возникает взаимодействие оптич. волноводных мод с поверхности ными акустическими волнами (ПАВ), обычно рэлеев-скими. В результате появляется свет, распространяющийся вдоль плоскости волновода, но отклонённый от своего первоначального направления. Для эфф. дифракции необходимо, чтобы в н.поскости волновода световые лучи падали на пучок ПАВ под соответствующим брэгговским углом. Поскольку даже в изотропной волноводной системе скорости распространения разных оптич. мод отличны друг от друга, то при разл. углах падения светового пучка возможна как дифракция света без изменения номера моды, аналогичная обычной брэгговской дифракции, так и дифракция, при к-рой падающий и дифрагированный свет принадлежит к разным волноводным модам. В последнем случае законы дифракции аналогичны закономерностям анизотропной дифракции, возникающей при взаимодействии объемных волн в двулуче-преломляющей среде. В волноводных системах распределение как эл.-магн. полей для оптич. моды, так и поля деформации в ПАВ неоднородно в поперечном сечении волновода. Эффективность акустооптич. диф- [c.49]

Резонансная дифракция света на высокочастотном звуке, длина волны к-рого удовлетворяет условию наа. дифракцией Брэгга или брэгговской д к ф р а к ц и о й. Она представляет собой частичное отражение волны от звуковой решётки (рис. 5). Эффективная дифракция имеет место, если воллы, отражённые от соседних максиму.чов показателя пре-ломле1шя, ммен т разность оптич. хода, равную К. Это происходит, если свет падает под определ. углом, т. н. уг.дом Брэгга 0б- При брэгговской дифракции свет отклоняется только в один из максимумов 1-го поряд- [c.678]

Угол рассеяния 0, под к-рым выходит дифрагированный свет, равен 0 = 0б- Для данной длины световой волны X существует предельная звуковая частота 3 ,р=4лсэн/Х, выше к-рой брэгговская дифракция невозможна, Эта частота отвечает рассеянию света точно в обратном направлении. Энергия падающего излучения распределяется между проходящим и дифрагированным лучами. Интенсивность дифрагированного света /j возрастает с увеличением интенсивности звука /зв и длины взаимодействия L до тех пор, пока весь падающий свет не окажется дифрагированным. При дальнейшем увеличеьши /3 или L часть отклонённого света, вновь дифрагируя на звуковой решётке, выходит из акустич. пучка по нанравлению падающего излучения. В результате возникает периодич, зависимость интенсивности проходящего и дифрагированного света от /з и L [c.678]

Большинство НИ предназначено для тепловых нейтронов (длина волны Яп 2 А). Малость приводит к значит, отличиям НИ от оптических. Наиб, широкое распространение получили НИ на совершенных монокристаллах, использующих механизм брэгговской дифракции для когерентного деления пучков (см. Дифракция нейтронов). Примером может служить интерферометр Ш-образноЁ формы (рис. 2), к-рый вырезается [c.272]

Неоднородность хим. состава среды, наличие грави-тац. II магн. членов в (5) приводят к зависимости п от координат. При этом, как и в оптике неоднородных сред, имеет место искривление лучей. Наличие двух знаков у последнего слагаемого в (5) соответствует двум возможным ориентациям спина нейтрона относительно Н. Различие показателя преломления для двух спиновых компонент приводит к магн. двойному лучепреломлению (рис. 1). Пучок нейтронов испытывает последовательно брэгговскую дифракцию на двух кристаллах 81. Расположенная между ними ферромагн. призма по-разному отклоняет нейтроны с ориентацией спина параллельно полю (О) и антипараллельно (ф). В ре- [c.274]

Рентгенооптич. прибором, использующим брэгговскую дифракцию, является интерферометр Бонзе — Харта (рис. 3), состоящий из трёх пластинок с общим основанием, изготовленных из монокристалла (напр., 81). Расщеплённый на кристалле-разделителе 8 рентг. пучок сводится кристаллом-зеркалом М на анализаторе [c.348]

В анизотропной же среде показатель преломления для данного светового пучка в общем случае зависит от направления его распространения. Поскольку направление распространения дифрагированного пучка, вообще говоря, отличается от направления исходного пучка, величины волновых векторов теперь не остаются почти неизменными. В некоторых случаях может даже происходить изменение состояния поляризации между падающим и дифрагированным пучками. Пусть п п п — показатели преломления, отвечающие дифрагированному и падающему пучкам соответственно. Стороны треугольника, образованного векторами к, к и К, равны п ш /с, пш/с и К соответственно. Поскольку в общем случае п и не равны друг другу, треугольник не является равнобедренным, даже если пренебречь небольщим различием между ш и со. Пусть в я в — углы между световыми пучками и волновым фронтом звуковой волны (рис. 9.4). Условие брэгговской дифракции получается из треугольника на рис. 9.4 и записывается в виде [c.359]

При п - п мы снова получаем брэгговское условие дифракции (9.2.3), если в = в. Для иллюстрации эффекта анизотропии рассмотрим случай брэгговской дифракции в одноосном кристалле (например, в кристалле LiNbOj). Предположим, что как световой пучок, так и акустическая волна распространяются в плоскости, перпендикулярной оптической оси кристалла (оси с). Падающий световой пучок линейно поляризован в направлении, параллельном оси с, так что он отвечает необыкновенной моде кристалла с показателем преломления п. Дифрагированный световой пучок предполагается [c.360]

РИС. 9.5. Брэгговская дифракция в отрицательном одноосном кристалле (например, в кристалле LiNbOj). Все три вектора импульса к, к и К лежат в плоскости, перпендикулярной оси с. Падающий пучок отвечает необыкновенной волне, а дифрагированный — обыкновенной волне. [c.361]

Таким образом, как угол падения 9, так и угол дифракции при постоянных и зависят от величины Х/Л для данного кристалла. При Х/Л = 1 п и 0 1 = 0 = 90° векторы к, к и К коллинеарны. Брэгговская дифракция возможна лишь тогда, когда < 1 + п и углы В VI В вещественны. В области Х/Л < п — п или Х/Л > Пу + п величины sin0 и sin0 становятся больше единицы и дифракция невозможна. На рис. 9.6 показана зависимость В w. в от Х/Л для типичных одноосных кристаллов. Точка Х/Л соответствует коллинеарной брэгговской связи для одинаково направленных волн, что имеет ме сто, например, в фильтре Шольца (см. разд. 6.5). [c.361]

До сих пор мы рассматривали дифракцию света на неограниченной плоской звуковой волне. В представлении частиц неограниченной плоской волне соответствует частица (фонон) с определенным импульсом и определенной энергией. Брэгговская дифракция рассматривается как сумма отдельных столкновений, в каждом из которых происходит поглощение или испускание фонона фотоном. Эти фундаментальные процессы могут иметь место, только когда сохраняются и энергия, и импульс. Поскольку частота звука существенно меньше оптических частот, для сохранения энергии и импульса требуется, чтобы волновые векторы фотона и фонона образовывали равнобедренный треугольник (см. рис. 9.3). Такая брэгговская дифракция означает, что волна, падающая под углом Брэгга вд — = ar sin (Х/2лЛ), дифрагирует с поглощением фонона. Может ли дифрагированная волна поглотить другой фонон и претерпеть рассеяние на больший угол Для случая неограниченной акустической волны ответ на этот вопрос отрицательный, поскольку в этом случае законы сохранения энергии и импульса не могут выполняться одновременно. Это иллюстрирует рис. 9.9, б. Волновой вектор О соответствует волне, падающей под углом Брэгга вд. Волновой вектор 1 представляет волну, дифрагированную с поглощением фонона. При поглощении другого фонона с тем же волновым вектором К закон сохранения импульса не будет выполняться (рис. 9.9, б). На рис. 9.9, а показаны также многократный или последовательный процесс трехчастичного взаимодействия, который включает в себя поглощение фононов со слегка различающимися волновыми векторами. В последнем случае выполняются как закон сохранения энергии, так и закон сохранения импульса. Таким образом, можно заключить, что многократные процессы рассеяния не могут происходить, когда волновой вектор звуковой волны однозначно определен, как это имеет место в случае неограниченной плоской волны. Многократные процессы рассеяния возможны лишь в том случае, когда акустические волновые векторы К имеют некоторое угловое распределение. Последнее отвечает случаю, когда акустическая волна представляет собой пучок конечного размера. [c.380]

Акустооптическое взаимодействие можно использовать для создания различных модуляторов света. При этом можно реализовать как амплитудные модуляторы, так и преобразователи частоты. Такие модуляторы могут работать либо в режиме дифракции Рамана — Ната, либо в режиме брэгговской дифракции. Первый акусто-оптический модулятор [1, 2] работал в режиме Рамана — Ната на частотах ниже 10 МГц. Принцип действия такого модулятора иллюстрирует рис. 10.1. В соответствии с полученными в гл. 9 результатами амплитуда дифрагированной волны в первом порядке пропорциональна 7j (кЛпЬ), где кЛпЬ — индекс модуляции, кото- [c.393]

Исследуем брэгговскую дифракцию светового пучка конечной ширины на модулированном акустическом пучке, имеющем конечную ширину L. Расходящийся пучок можно представить в виде суперпозиции плоских волн, волновые векторы которых лежат в некотором диапазоне углов. Для каждой угловой составляющей светового пучка условие Брэгга может выполняться в диапазоне звуковых частот, соответствующих разрешенным значениям волнового вектора К в пределах Ьф. Дифракцию обеспечивает на каждой звуковой частоте своя плосковолновая составляющая, имеющая отличное от других направление волнового вектора К. Дифрагированный световой пучок, отвечающий этому фиксированному углу падения света, имеет угловую расходимость 2Ьф. Каждому направлению соответствует свой сдвиг частоты. Рис. 10.2 иллюстрирует угловую расходимость световых пучков для двух крайних угловых составляющих. Чтобы осуществить модуляцию интенсивности дифрагированного светового пучка, спектрально сдвинутые составляющие дифрагированного света должны быть суммированы на квадратичном детекторе. Поэтому желательно, чтобы два крайних дифрагированных световых пучка ОА и OB на рис. 10.2) имели некоторое угловое перекрытие. Для этого необходимо иметь Ьф 6в. Подставляя Ьв — Ьф = Х/тгясо,,, получаем полосу модуляции [c.397]

Энциклопедия по машиностроению XXL

Оборудование, материаловедение, механика и ...