3.4.4. Дифракция света на ультразвуке в анизотропной среде

В анизотропных средах взаимодействовать со звуком может не только обыкновенный луч, подчиняющийся обычным законам оптики изотропных сред, но и необыкновенный, показатель преломления которого зависит от направления распространения света относительно оптической оси кристалла. Упругооптический эффект при определённых условиях приводит к тому, что дифрагированный свет, возникающий в результате взаимодействия со звуком обыкновенного луча, оказывается необыкновенным, и наоборот. Геометрические условия дифракции света на ультразвуке в этом случае из-за различия фазовых скоростей (показателей преломления) падающей и рассеянной световых волн отличаются от приведённых выше для изотропных сред.

В анизотропной среде свет с разной поляризацией имеет различные скорости распространения. Поэтому условия резонансной дифракции, определяющие геометрию акустооптического взаимодействия, будут выполняться при различных углах падения света в зависимости от того, сохраняет дифрагированный свет поляризацию падающего или нет. Если поляризация не меняется, то угол Брэгга θ_б по-прежнему определяется выражением, а угол рассеяния θ' = θ_б. Дифракция с изменением плоскости поляризации (так называемая Анизотропная дифракция) имеет место, когда свет падает под углом θ_б, равным

Где n₀ — показатель преломления падающего света, n₁ — дифрагированного. Угол рассеяния θ' при анизотропной дифракции уже не равен Брэгговскому, а равен

И меняется в пределах от -π/2 до +π/2 (рис.).

Анизотропную дифракцию можно рассматривать как частичное отражение световой волны от звуковой решётки, происходящее с изменением поляризации света.

Основные особенности анизотропной дифракции заключаются в следующем:

1. При неизменном угле падения света на акустический пучок дифракция имеет место при двух различных значениях частоты звука. Этим значениям соответствуют различные углы отклонения от направления распространения падающей световой волны (рис.).

2. Если плоскость рассеяния не проходит через оптическую ось кристалла, то существует минимальное значение частоты звука

ниже которого анизотропная дифракция невозможна (рис.).

3) если показатель преломления n₀ падающей волны больше показателя n₁ рассеянной (n₀ > n₁), то существует минимальное значение угла падения:

при котором анизотропная дифракция ещё наблюдается. Если свет надает на звуковой пучок под углом θ_min, то дифракция с поворотом плоскости поляризации наблюдается при звуковой частоте

4) При изменении акустической частоты вблизи этого значения Брэгговский угол меняется незначительно, в то время как изменения угла рассеяния θ' существенны. Дифрагированный луч при θ = θ_min выходит из области дифракции под прямым углом к направлению распространения звука (рис.).

Если же n₁ > n₀, то анизотропная дифракция имеет место при любых углах падения света, однако возможные значения θ' ограничены снизу, то есть

Наименьшее значение угла рассеяния соответствует нормальному падению света на акустический пучок (рис.).

5) возможна коллинеарная дифракция, при которой направления распространения падающего и дифрагированного света совпадают (рис.)

Она имеет место, если частота звука равна ƒ_min