Доповідь
Закономірності дифракції світла на звуці
Поверхня тіла, що здійснює коливання, є джерелом звукової енергії, який створює акустичне поле.
Акустичним полем називають область пружного середовища, яка служить засобом передачі акустичних хвиль.
Звукова хвиля викликає зміни показника заломлення середовища. При цьому середовище стає періодичною з періодом, рівним довжині звукової хвилі. Це періодичне обурення змінюється як у просторі, так і в часі. Якщо звук являє собою біжить хвилю, то періодичне обурення переміщається зі швидкістю звуку (це близько тисячі метрів в секунду)
Рисунок 1 - заморожена біжить хвиля [Ярів А., Юх П. Оптичні хвилі в кристалах.- Світ, 1997. С. 355.]
Резонансне відображення світла від звукової хвилі відбувається за умови
(1)
З урахуванням того, що і, цей вираз можна представити у вигляді
(2) (- світлова хвиля)
Дифракція світла, що задовольняє умові (2), називається бреггівського дифракцией. Але умова бреггівського дифракції знайдено в припущенні, що періодичне обурення стаціонарно щодо світлового пучка. Вплив руху можна врахувати, якщо розглянути доплеровській зрушення для оптичного пучка, що падає на дзеркало, яке переміщається зі швидкістю v під кутом, що задовольняє умові Брегга (2). Формула для доплерівського зсуву частоти хвилі, що відбивається від рухомого об'єкту, має вигляд
де - оптична частота, а - проекція швидкості об'єкта на напрям поширення хвилі. Для розуміння, намалюємо рухомий фронт звукової хвилі і падаючий на нього світловий пучок.
Малюнок 2 - відображення від двох еквівалентних площин у звуковому пучку [Ярів А., Юх П. Оптичні хвилі в кристалах.- Світ, 1997. С.357.]
З малюнка 2 видно, що, тоді
Висловимо через формулу (2) і отримаємо
звідки випливає, що частота відбитої світлової хвилі зростає на величину. Якщо змінити напрямок звукової хвилі на протилежне, то звук буде наздоганяти оптичну хвилю і частота дифрагованого на звуці світлового пучка стає рівною.
Якщо замість біжучої хвилі використовуватиметься стояча хвиля, тоді дифракційна решітка буде двічі за період з'являтися і зникати, а так само не буде зсуву по фазі.
Якщо розглядати акустооптичні взаємодії з погляду нової теорії, то дифракцію світла на звуці можна інтерпретувати як суму окремих зіткнень, кожне з яких полягає у знищенні одного падаючого фотона з частотою щ і одного фонона при одночасному народженні нового ( дифрагованого) фотона з частотою ю=щ + Щ, який поширюється в напрямку розсіяного пучка. Закон збереження імпульсу вимагає, щоб імпульс зіштовхуються частинок був дорівнює імпульсу розсіяного фотона
(3) (можна скоротити)
Рисунок 3 - Ілюстрація умови збереження імпульсу [Ярів А., Юх П. Оптичні хвилі в кристалах.- Світ, 1997. С. 359.]
ЗСЕ має вигляд.
Таким чином, пучок при дифракції зсувається за частотою на величину, рівну частоті звуку. Пояснення: при такій взаємодії відбувається анігіляція фонона, закон збереження енергії означає, що зсув частоти виявляється...
