Дифракция света на ультразвуке – совокупность явлений, связанных с отклонением от закона прямолинейного распространения света в среде в присутствии ультразвуковых волн. Ультразвуковая волна наводит в среде периодические изменения показателя преломления – фазовую дифракционную решетку. Взаимодействие с этой решеткой падающего светового пучка приводит к появлению, помимо основного прошедшего пучка, отклоненных (дифрагированных) световых пучков. 

 

На основе эффектов дифракции и рефракции света на УЗ создаются активные оптические элементы, позволяющие управлять всеми параметрами светового луча, а также обрабатывать информацию, носителем которой являются как световая, так и звуковая волны. Основу таких устройств составляет акустооптическая ячейка (АОЯ), состоящая из рабочего тела (твердотельного образца или кюветы с жидкостью), в объеме которого происходит взаимодействие света с ультразвуковой волной, и излучателя УЗ (обычно пьезоэлектрического преобразователя). В зависимости от назначения имеется несколько типов акустооптических приборов: дефлекторы, модуляторы, фильтры, процессоры и др.

На основе оптоакустической генерации звука создан метод фотоакустической спектроскопии для получения спектров оптического поглощения веществ в различных физических состояниях. В этом методе коэффициент поглощения света измеряется по интенсивности звуковых колебаний, возбуждаемых периодически прерываемым светом. Например, при периодическом нагреве газа в нем возникают звуковые колебания с амплитудой, пропорциональной поглощенной световой энергии. Меняя длину волны падающего света, можно получить фотоакустический спектр вещества – полный аналог спектра поглощения, измеряемого обычными методами. Достоинство фотоакустической спектроскопии в высокой чувствительности метода, позволяющего получать спектры оптического поглощения в широком диапазоне световых длин волн, включающем в себя как области сильного поглощения, так и области прозрачности; кроме того, этим методом измеряется только та часть энергии падающего излучения, которая действительно поглощается веществом, а рассеянное излучение никакого вклада не дает. Это позволяет исследовать спектры поглощения образцов с плохим качеством поверхности: порошков, рыхлых, пористых материалов, биологических объектов.

Акустооптические фильтры - устройства, позволяющие выделить из широкого спектра оптического излучения достаточно узкий интервал длин световых волн, удовлетворяющих условию Брэгга. Изменяя частоту звука, можно выделяемый интервал перемещать по оптическому спектру в широких пределах.

Как правило, в акустооптических фильтрах используется анизотропная дифракция в двулучепреломляющих кристаллах. На акустооптическую ячейку падает плоскополяризованный свет, степень поляризации которого контролируется поляризатором. В ячейке в результате анизотропной брэгговской дифракции в узком спектральном интервале возникает оптическое излучение другой поляризации. Наличие его определяется анализатором. Монохроматический звук создается электроакустическим преобразователем. Эффективность фильтров увеличивается с ростом длины взаимодействия света со звуком L, поэтому в них используется, как правило, коллинеарная дифракция, при которой направления распространения света и звука совпадают, хотя известны акустооптические фильтры и с неколлинеарными взаимодействиями. Ширина полосы пропускания фильтра определяется спектральной шириной излучения, возникающего в результате брэгговской дифракции.

В реальных устройствах ширина полосы пропускания зависит от расходимости как светового, так и акустического пучков и спектрального состава акустического сигнала. Величина Δλ существенно зависит от выбора участка электромагнитного спектра; в видимом диапазоне для современных акустооптических фильтров она не превышает нескольких ангстрем. Эффективности имеющихся фильтров составляют 50-100% при интенсивности звука 1 Вт/см² и L ~ нескольких см. Диапазон оптической перестройки определяется шириной полосы частот электроакустического преобразователя и частотной зависимостью поглощения УЗ. Как правило, он достаточен для перекрытия всего оптического диапазона.