Читать доклад по физике: "Закономерности дифракции света на звуке" Страница 1

(Назад) (Cкачать работу)

Доклад

Закономерности дифракции света на звуке Поверхность тела, совершающая колебания, является источником звуковой энергии, который создает акустическое поле.

Акустическим полем называют область упругой среды, которая служит средством передачи акустических волн.

Звуковая волна вызывает изменения показателя преломления среды. При этом среда становится периодической с периодом, равным длине звуковой волны. Это периодическое возмущение изменяется как в пространстве, так и во времени. Если звук представляет собой бегущую волну, то периодическое возмущение перемещается со скоростью звука (это порядка тысячи метров в секунду)

Рисунок 1 - замороженная бегущая волна [Ярив А., Юх П. Оптические волны в кристаллах. -- Мир, 1997. С. 355.]

Резонансное отражение света от звуковой волны происходит при условии

(1)

С учетом того, чтои , это выражение можно представить в виде

(2) ( - световая волна)

Дифракция света, удовлетворяющая условию (2), называется брэгговской дифракцией. Но условие брэгговской дифракции найдено в предположении, что периодическое возмущение стационарно относительно светового пучка. Влияние движения можно учесть, если рассмотреть доплеровский сдвиг для оптического пучка, падающего на зеркало, которое перемещается со скоростью v под углом, удовлетворяющим условию Брэгга(2). Формула для доплеровского сдвига частоты волны, отражающейся от движущегося объекта, имеет вид

где- оптическая частота, а- проекция скорости объекта на направление распространения волны. Для понимания, нарисуем движущийся фронт звуковой волны и падающий на него световой пучок.

Рисунок 2 - отражение от двух эквивалентных плоскостей в звуковом пучке [Ярив А., Юх П. Оптические волны в кристаллах. -- Мир, 1997. С.357.]

Из рисунка 2 видно, что , тогда

Выразимчерез формулу (2) и получим

откуда следует, что частота отраженной световой волны возрастает на величину . Если сменить направление звуковой волны на противоположное, то звук будет догонять оптическую волну и частота дифрагированного на звуке светового пучка становится равной .

Если вместо бегущей волны будет использоваться стоячая волна, тогда дифракционная решетка будет дважды за период появляться и исчезать, а так же не будет сдвига по фазе.

Если рассматривать акустооптические взаимодействия с точки зрения корпускулярной теории, то дифракцию света на звуке можно интерпретировать как сумму отдельных столкновений, каждое из которых заключается в уничтожении одного падающего фотона с частотой щ и одного фонона при одновременном рождении нового (дифрагированного) фотона с частотой ю = щ + Щ, который распространяется в направлении рассеянного пучка. Закон сохранения импульса требует, чтобы импульс сталкивающихся частиц был равен импульсу рассеянного фотона (3) ( можно сократить)

Рисунок 3 - Иллюстрация условия сохранения импульса [Ярив А., Юх П. Оптические волны в кристаллах. -- Мир, 1997. С. 359.]

ЗСЭ имеет вид .

Таким образом, пучок при дифракции сдвигается по частоте на величину, равную частоте звука. Пояснение: при таком взаимодействии происходит аннигиляция фонона, закон сохранения энергии означает, что сдвиг частоты

Похожие работы