Акустооптическое взаимодействие пучков, имеющих сложную пространственно-временную структуру (проф. В.И.Балакший; комн. 1-65)
Акустооптическое взаимодействие подробно изучено для случая плоских гармонических акустических и световых волн. Однако в большинстве реальных устройств применяются световые и звуковые пучки конечной ширины, имеющие сложный пространственный и временной спектр. Взаимодействие таких пучков и исследуется на кафедре физики колебаний. Акустооптические устройства, как правило, являются линейными по свету и нелинейными по акустическому сигналу. Только в случае слабого акустооптического взаимодействия системы становятся полностью линейными, что значительно облегчает решение задач. Начиная с 1988 г., был проведен большой цикл исследований по оценке влияния расходимости акустического пучка конечных размеров на дифракцию света на нем. Было проведено исследование коллинеарной дифракции света на акустических импульсах различной длительности. Показано, что в этом случае форма импульса может существенно влиять на форму функции пропускания акустооптической ячейки. Импульсы с плавно нарастающими фронтами значительно снижают уровень боковых лепестков функции пропускания акустооптической ячейки. Использование набора коротких импульсов звука, одновременно находящихся внутри акустооптического кристалла, позволяет превратить функцию пропускания акустооптической ячейки в гребенку, пропускающую эквидистантный набор узких спектральных световых линий.
Другой метод формирования функции пропускания акустооптической ячейки состоит в аподизации пьезоэлектрического преобразователя, служащего для возбуждения ультразвука. Технология создания пьезопреобразователей в настоящее время достигла такого уровня, что можно получить почти любую диаграмму направленности излучателя звука, которая в конечном итоге и определяет функцию пропускания ячейки. Аподизация преобразователя осуществляется методом его секционирования. Секции отличаются площадью и толщиной и могут возбуждаться разными сигналами. В результате сформированное преобразователем акустическое поле имеет сложную структуру, а расчет акустооптического взаимодействия в таком поле возможен только численными методами.
В последнее время значительное внимание уделяется исследованию особенностей дифракции света на многочастотной звуковой волне. Нелинейность акустооптического взаимодействия приводит к обогащению спектра дифрагированных волн комбинационными частотами, что соответствует появлению паразитных сигналов на выходе акустооптических анализаторов спектра радиосигналов. Сотрудниками группы предложены новые методы селекции истинных сигналов и подавления паразитных компонент на выходе спектроанализатора.
Обработка оптических изображений методом акустооптической пространственной фильтрации (проф. В.И.Балакший, комн. 1-65)
Акустооптическая обработка изображений - это направление в акустооптике, которое возникло и развивается в основном усилиями сотрудников нашей научной группы. Еще в 1983 г. было показано, что угловая селективность акустооптического взаимодействия позволяет избирательно воздействовать на пространственный спектр изображения, трансформируя его нужным образом. Благодаря такому воздействию удается удалять из изображения мешающие детали (например, точечную структуру типографских картинок), менять контраст изображения, осуществлять оконтуривание замаскированных предметов и т.д. Настраивая определенным образом акустооптическую ячейку, можно выполнять над оптическим сигналом такие важные операции, как пространственное дифференцирование и интегрирование. Главное достоинство акустооптического метода обработки изображений заключается в возможности быстрой электронной перестройки передаточной функции (путем изменения параметров акустической волны), что позволяет обрабатывать изображения в реальном времени.
Методом акустооптической пространственной фильтрации можно сделать видимыми невидимые фазовые объекты, другими словами, - визуализировать волновой фронт когерентной световой волны. Задача визуализации фазовых объектов нередко возникает в оптике, лазерной физике, биологии, медицине и т.д., для решения которой могут с большой эффективностью применяться разработанные в группе акустооптические датчики волнового фронта. Развивая данное направление исследований, наши сотрудники теоретически и экспериментально показали, что на основе акустооптического взаимодействия можно реализовать голографический процесс нового типа, существенно отличающийся от традиционной голографии. В этом процессе полная информация (не только амплитудная, но также и фазовая), содержащаяся в изображении, преобразуется с помощью особого акустооптического устройства в электрический сигнал, а затем на приемном конце канала связи из этого электрического сигнала с помощью акустооптической ячейки восстанавливается исходное изображение.
Спектральная фильтрация оптических сигналов (проф. В.И. Балакший; комн. 1-65)
Были разработаны перестраиваемые акустооптические фильтры, обеспечивающие спектральную фильтрацию произвольно поляризованного света с исключительно высоким разрешением и малой управляющей ВЧ мощностью. На базе таких фильтров создаются компактные быстродействующие спектральные приборы для самых различных отраслей: экологического контроля, военной разведки, космических исследований и др. К важным достижениям можно отнести и разработку акустооптического фильтра, позволяющего увеличить на порядок пропускную способность волоконно-оптических линий связи.
Акустооптическое взаимодействие в средах с сильной оптической и акустической анизотропией(доц. Поликарпова Н.В. комн. 1-62, доц. С.Н. Манцевич, комн. 1-65)
Акустооптическое взаимодействие в дальнем ИК и терагерцовом диапазонах (н.с. Е.А. Дьяконов; комн. 1-65)
Акустооптическое взаимодействие в двуосных кристаллах (н.с. Е.А. Дьяконов; М.Г. Мильков; комн. 1-65)
Динамические процессы в акустооптических системах с обратными связями (проф. В.И.Балакший, доц. С.Н. Манцевич, доц. Ю.И.Кузнецов; комн. 1-65, 1-63в)
Исследования охватывают круг вопросов, представляющих собой новое направление в акустооптике, созданное и развиваемое сотрудниками кафедры физики колебаний. Акустооптические системы с обратными связями являются принципиально нелинейными системами с запаздыванием, в которых возможны сложные динамические явления, включая регулярные колебания различной формы и хаос. На основе таких систем могут быть созданы, в частности, высокоэффективные устройства стабилизации параметров лазерного излучения. В научной группе разработаны и исследованы оригинальные устройства стабилизации интенсивности и направления распространения лазерных пучков с коэффициентом стабилизации более 100. Уникальными свойствами обладает разработанный в группе акустооптический генератор с оптическим гетеродинированием. Такой генератор имеет много общего с лазерами, в частности, в нем наблюдались эффекты синхронизации и конкуренции генерируемых мод. Высокая чувствительность к изменению параметров акустооптического взаимодействия позволяет прогнозировать широкое применение таких устройств в измерительной технике.
Предлагаемые студентам темы научных работ предполагают как теоретические исследования, так и экспериментальную работу на уникальных установках. Студенты, проходящие обучение в группе, получают современные представления не только об оптоэлектронике и оптической обработке информации, но также и о смежных разделах физики: оптике, акустике, кристаллофизике, лазерной физике, без чего невозможна грамотная и плодотворная работа над поставленной проблемой. Поскольку в настоящее время оптоэлектронные приборы широко используются не только в научных исследованиях, но и в повседневной жизни, выпускники кафедры без труда находят работу в местах, где их знания оказываются полностью востребованными.
