Специалисты физического факультета МГУ и МИСиС провели исследование распространения ультразвуковых волн в дисперсионных акустооптических линиях задержки – устройствах, используемых для управления спектром коротких лазерных импульсов. Впервые авторы получили визуализацию распределения ультразвукового поля внутри акустооптической ячейки и установили, что температура оказывает влияние на его структуру и направление распространения опубликована в журнале Q1 Applied Acoustics.
Акустооптические устройства обеспечивают возможность управления характеристиками светового излучения посредством ультразвуковых волн, генерируемых в кристалле с помощью пьезоэлектрического преобразователя. Они получили широкое распространение в оптической электронике. Значимым и перспективным применением акустооптических устройств является их использование в системах формирования сверхкоротких лазерных импульсов – области, достижения в которой за последние 25 лет были удостоены тремя Нобелевскими премиями. Для данного раздела лазерной физики представляют интерес акустооптические линии задержки, основанные на дисперсии – устройства, в которых временная задержка спектральных составляющих оптического импульса достигается за счет изменения поляризации светового излучения в процессе акустооптической дифракции. Эти устройства широко применяются для регулировки длительности и спектра фемтосекундных лазерных импульсов. Однако работа таких устройств сопряжена с рядом особенностей, обусловленных большой длиной акустооптического взаимодействия, акустической анизотропией используемых кристаллов и тепловым режимом их функционирования. Все эти факторы оказывают влияние на структуру ультразвукового поля и, следовательно, на характеристики акустооптической дифракции.
В ходе исследования ученые изучили структуру акустического поля, формирующегося внутри акустооптической ячейки длиной 5–7 см. Предложенный авторами метод визуализации позволил получить пространственное распределение мощности ультразвукового поля и впервые продемонстрировать его структуру.
«Визуализация подтвердила соответствие разработанной нами математической модели и реальными данными при расчете акустических полей в анизотропных средах. Также экспериментально установлено, что температура оказывает значительное влияние на траекторию распространения акустического пучка: его нагрев вызывает отклонение от направления, рассчитанного для комнатной температуры, что приводит к снижению эффективности и частотной селективности акустооптической дифракции» , – поделился профессор кафедры физики колебаний физического факультета МГУ Сергей Манцевич.
Визуализация акустического поля позволяет более точно проектировать устройства и учитывать влияние температуры на ранних этапах, что обеспечивает стабильность и эффективность при работе с мощными лазерными системами. В дальнейшем планируется совершенствование методики визуализации, направленное на увеличение пространственного разрешения и повышение точности, чтобы учитывать даже незначительные изменения параметров внутри ячеек.
Работа была проведена при финансовой поддержке Российского научного фонда (грант РНФ № 23-12-00057) и фонда «Базис» (грант 22-2-10-5-1). Для проведения исследования применялось оборудование, закупленное в рамках программы развития МГУ. Акустооптические устройства, необходимые для экспериментов, предоставлены сотрудниками МИСиС.