Главная  Развитие электрики 

[0] [1] [2] [3] [4] [5] [6] [7] [8] [9] [10] [11] [12] [13] [14] [15] [16] [17] [18] [19] [20] [21] [22] [23] [24] [25] [ 26 ] [27] [28] [29] [30] [31] [32] [33] [34] [35] [36] [37] [38] [39] [40] [41] [42] [43]

Глава 5

ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ АКУСТИЧЕСКИХ ВОЛН С ПЕРИОДИЧЕСКИМИ ДОМЕННЫМИ СТРУКТУРАМИ

Распространение акустических волн через периодические доменные структуры в электро- и магпитоупорядоченпых веществах отличается от распространения оптических волн по ряду характеристик. Во-первых, акустические волпы непосред-ственпо взаимодействуют с доменными структурами, поскольку пьезоэлектрические и магнитоупругие коэффициенты доменов с антинараллельной ориентацией будут отличаться знаками. Во-вторых, если для раснространения оптических воли, как правило, выполняется условие Аопт то для акустических воли, наоборот, в больгаипстве случаев справедливо условие Аак D-Вследствие первого обстоятельства очевидно, что наиболее интересные аспекты раснространения могут возникать в первую очередь в пьезоэлектриках или магнетиках. Второе обстоятельство особенно повлияло па рассмотрение распространения акустических волн через систему ростовых доменов. Были рассмотрены три случая. В нервом из них предполагалось резопанспое взаимодействие акустических волн с доменными структурами, нри котором длина волны кратна размерам домена D = пА/2, где п = 1, 2, 3, ... [24, 189]. Во втором случае рассматривалось распространение, при котором длина волны значительно нревыгаала размеры домена [190]. Наконец, теоретически рассматривалось взаимодействие акустических волн с доменными границами, т. е. смещение доменных границ в поле акустической волны [191-193].

5.1. Распространение акустических волн через голографические решетки

Существуют определенные различия в распространепии акустических волн через наведенные оптическим пучком голографические регаетки и периодические доменные структуры в сегнетоэлектрических кристаллах. В первом случае соседние слои будут отличаться друг от друга значениями скоростей упругих волн вследствие значительных градиентов оптически индуциро-



5.1] Распространение акустических волн 85

ванных электрических полей [107]. Таким образом, голографиче-ские решетки можно рассматривать как акустические аналоги одномерных фотонных кристаллов (фононные кристаллы). Во втором случае упругие свойства домепов одинаковы, но они различаются знаками пьезоэлектрических коэффициентов. Ан-типараллельное направление главных осей симметрии (для сегнетоэлектриков это направление поляризации) пашло название как сегнетоэлектрические антифазные сверхрешетки.

Экспериментальные исследования но взаимодействию акустических волн с фотоиндуцированными голографическими решетками в фоторефрактивных кристаллах начались егце в 1980-е гг. Доказательство такого взаимодействия было получено при обнаружении отражения объемных акустических волн, распространяюгцихся на частоте 900 МГц вдоль оси z ниобата лития [194]. Длина акустической волны составляла 7,2 мкм и была кратна периоду голографической решетки, равному 3,6 мкм. Коэффициент брэгговского отражения ультразвуковых импульсов с длительностью 0,4 мкс составил 2,7-10" для одного периода решетки и, как предполагалось, может приближаться к единице для решетки, состоягцей из нескольких тысяч периодических элементов.

С использованием более совершенной методики было обнаружено отражение как оптических, так и продольных акустических волн от голографической решетки [195]. Для записи оптически ипдуцировапной решетки на длине волны 0,63 мкм использовались два плоских скрегценных оптических пучка могцностью 1,5 мВт. Формируюгцая система позволяла изменять длину записываемой решетки от 1 до 18мм. При этом угол падения в изменялся в пределах 2,17-2,3 градуса, а период решетки принимал значение от 7,8 до 8,3 мкм. Запись и контроль решетки осугцествлялись на двух длинах волн (0,63 и 1,15 мкм) с помогцью брэгговской дифракции одного из скрегценных необыкновенных оптических пучков на фотоиндуцированной решетке. Фиксация записанных решеток осугцествлялась по методу, описанному в гл. 1.

Известно, что эффективность брэгговского рассеяния на периодической структуре Id/Io определяется соотношением [25]

=»ш(,Д„), (5Л)

где D = F -период решетки; An -изменение показателя преломления; Li - длина взаимодействия или решетки; V - скорость акустической волны; / - частота возбуждения гиперзвука.

С другой стороны, изменение показателя преломления необыкновенного луча при паправлепии внутреннего поля Eg



AV{E) Ас*{Е)

(5.4)

V{0) 2с(0)

Для сзззз = 2,279 • 10 Н/м и езззз = -17,3 Кл/м относительное изменение скорости гинерзвуковой волны составит AV{E)/V{0) 2,81.10-4.

По аналогии с (5.1) коэффициент отражения для акустической волны R может быть определен из соотногаепия:

R = - = sm 7г- - , (5.5)

где L-длина регаетки вдоль оси z] А -длина акустической волны.

ВДОЛЬ оси с или Z в электрооптической среде пропорционально напряженности индуцированного поля Eg (1.4).

Из выражений (5.1) и (1.4) нетрудно определить наведенное внутреннее ноле Eg в кристалле LiNbOaiFe (001):

Eg= arcsin./, (5.2)

где Пе - показатель преломления необыкновенного луча; Г33 - электрооптический коэффициент ниобата лития при паправле-нии электрического поля вдоль оси z. Параметр эффективности дифракции и длина взаимодействия находятся из эксперимента.

Ширина фотоиндуцированной регаетки в направлении, пер-пепдикулярпом оптической оси, составляла от 2 до 18 мм. Для измеренной 80 %-ной эффективности дифракции на длине волны 0,63 мкм из выражения (5.1) нетрудно определить изменение показателя преломления Апе. Для указанных выгае параметров амплитуда возмугцения показателя преломления необыкновенного луча составляет Апе = 1,1-10", что хорогао согласуется с известными литературными данными. Величины внутреннего индуцированного электрического поля Eg для указанных параметров, согласно (5.3), составляет приблизительно 7,4-10 В/м.

При записи фотоиндуцированной регаетки периодическое индуцированное электрическое поле Eg из-за пелипейного пьезоэлектрического эффекта приводит к изменению скорости акустической волпы. Для постоянного электрического поля Eg и механически зажатого кристалла эффективный модуль упругости cjji можно записать в виде:

4jkl = ijkl - emijkl Em- (5.3)

Нетрудно показать, что



[0] [1] [2] [3] [4] [5] [6] [7] [8] [9] [10] [11] [12] [13] [14] [15] [16] [17] [18] [19] [20] [21] [22] [23] [24] [25] [ 26 ] [27] [28] [29] [30] [31] [32] [33] [34] [35] [36] [37] [38] [39] [40] [41] [42] [43]

0.0008