Физики МГУ визуализировали акустическое поле внутри длинных акустооптических ячеек

Ученые физического факультета МГУ совместно с коллегами из МИСиС исследовали распространение ультразвуковых волн в дисперсионных акустооптических (АО) линиях задержки — специальных устройствах управления спектром коротких лазерных импульсов. Авторы впервые визуализировали распределение ультразвукового поля внутри акустооптической ячейки такого типа и подтвердили влияние температуры на его структуру и направление распространения. Об этом сообщили в пресс-службе вуза. 

Работа опубликована в журнале Q1 Applied Acoustics.

Акустооптические устройства позволяют управлять параметрами светового излучения с помощью ультразвуковых волн, создаваемых в кристалле пьезоэлектрическим преобразователем. Такие устройства находят широкое применение в оптической электронике. Одним из важных и интересных применений акустооптических устройств является их использование в системах генерации сверхкоротких лазерных импульсов — направлении, достижения в котором за последние 25 лет были отмечены присуждением трех Нобелевских премий. Особый интерес для этого раздела лазерной физики представляют акустооптические дисперсионные линии задержки – устройства, в которых временная задержка спектральных компонент оптического импульса реализуется за счет смены поляризации светового излучения в процессе акустооптической дифракции. Эти устройства широко используются для подстройки длительности и спектра фемтосекундных лазерных импульсов. Однако функционирование данных устройств имеет свои особенности, связанные с большой длиной акустооптического взаимодействия, акустической анизотропией используемых кристаллов и тепловым режимом их работы. Все эти факторы влияют на структуру ультразвукового поля и, соответственно, на характеристики акустооптической дифракции.

В работе ученые исследовали структуру акустического поля внутри длинной (пять-семь сантиметров) акустооптической ячейки. Авторы предложили метод визуализации пространственного распределения мощности ультразвукового поля, что позволило впервые наглядно показать его структуру.

«Результаты визуализации подтвердили корректность ранее разработанной нами математической модели для расчета акустических полей в анизотропных средах. Кроме того, было экспериментально доказано, что температурный режим существенно влияет на направление распространения акустического пучка — его нагрев приводит к отклонению от расчетного направления, полученного для комнатной температуры, что снижает эффективность и частотную селективность акустооптической дифракции», — рассказал профессор кафедры физики колебаний физического факультета МГУ Сергей Манцевич.

Визуализация акустического поля позволяет точнее проектировать устройства и учитывать температурные эффекты заранее, обеспечивая стабильность и эффективность при работе с мощными лазерными системами. В будущем ученые планируют доработать методику визуализации, повысив ее пространственное разрешение и точность, чтобы учесть даже малые изменения параметров внутри ячеек.

Исследование выполнено при поддержке Российского научного фонда (грант РНФ № 23-12-00057) и фонда «Базис» (грант 22-2-10-5-1). Было использовано оборудование, приобретенное в рамках программы развития МГУ. Акустооптические устройства для экспериментов предоставлены коллегами из МИСиС.

Следите за важными новостями в Телеграм-канале Информационного центра Правительства Москвы