Российский фонд
фундаментальных
исследований

Физический факультет
МГУ им. М.В.Ломоносова
 

06.17 Акустооптические эффекты, оптоакустика, акустическая визуализация, акустическая микроскопия и акустическая голография

 

Цзянь Чжан, Наймин Ци, Цзихай Цзян «Влияние вязкости гидравлической жидкости на кавитационную люминесценцию» Известия РАН. Механика жидкости и газа, № 3, с. 67-79 (2021)

Схлопывание кавитационных пузырьков в гидравлической системе приводит к возникновению локальных зон повышенных температуры и давления и – при определенных условиях – к люминесценции. В настоящей работе изучается влияние вязкости гидравлической жидкости на кавитационную люминесценцию. В гидравлическом коническом дроссельном клапане в качестве противоизносной жидкости используется гидравлическое масло с вязкостью 32 и 46 мм2/с при 40°С. Численное моделирование течения в коническом дроссельном клапане выполнено при различных значениях вязкости. Создание визуальной экспериментальной установки для изучения гидравлической кавитации позволило наблюдать кавитационную люминесценцию в клапане при трех различных параметрах гидравлического масла. По завершении эксперимента показатель вязкости масла возрастает, а температура затвердевания и температура вспышки уменьшаются. Таким образом, в результате люминесценции улучшаются характеристики зависимости между температурой и вязкостью и текучесть среды при низких температурах, но понижается безопасность системы.

Известия РАН. Механика жидкости и газа, № 3, с. 67-79 (2021) | Рубрики: 06.05 06.17

 

Гасанов А.Р., Гасанов Р.А., Ахмедов Р.А. «Исследование АЧХ акустооптической линии задержки» Южно-Сибирский научный вестник, № 1, с. 43-50 (2021)

Предложена математическая модель процесса формирования сигнала на выходе акустооптической линии задержки (АОЛЗ) с прямым детектированием. При помощи этой модели выведено уравнение переходной характеристики АОЛЗ. На основе уравнения переходной характеристики получена формула для импульсной характеристики, которая использована для определения частотного коэффициента передачи по напряжению АОЛЗ. Обсуждена показательная форма частотного коэффициента передачи. Получено аналитическое выражение амплитудно-частотной характеристики АОЛЗ с прямым детектированием и проведен его численный анализ. Результаты анализа апробированы экспериментально на соответствующем макете. Результаты экспериментальных исследований подтвердили достоверность предложенной математической модели.

Южно-Сибирский научный вестник, № 1, с. 43-50 (2021) | Рубрика: 06.17

 

Помазанов А.В., Волик Д.П., Шибаев С.С. «Акустооптические дефлекторы акустооптического частотомера» Известия Южного федерального университета. Технические науки, № 6, с. 160-171 (2020)

Методы функциональной электроники, к которым относится и акустооптический (АО) метод обработки радиосигналов, прочно занимают лидирующие позиции даже по сравнению с методами цифровой обработки сигналов, когда требуется за минимальное время в широкой полосе анализа с высокой точностью определить частотные и временные параметры нескольких одновременно действующих на входе радиоприёмного устройства сигналов. С развитием технологий и новых материалов их применение становится ещё более актуальным так как по интегральному показателю, учитывающему потребляемую мощность, габаритные размеры, массу акустооптические измерители занимают первые места среди прочих типов измерителей параметров радиосигналов. Акустооптические частотомеры как вид акустооптических измерителей параметров радиосигналов прочно занимают своё место в технике оценки параметров радиосигналов благодаря уникальным характеристикам – многосигнальность, разрешающая способность, сравнительно малые массогабаритные характеристики и потребляемая электрическая мощность при приемлемом динамическом диапазоне входных радиосигналов и точности оценки частоты. Данные устройства способны практически мгновенно осуществлять перенос радиосигнала из временной области в частотную и находят применение в системах пассивного радиоконтроля, для которых важными параметрами являются не только диапазон рабочих частот, частотное разрешение, точность измерения частоты и фазы анализируемых радиосигналов, а также энергопотребление, масса и габариты, которые становятся существенными при использовании радиотехнических измерителей в мобильных и космических измерительных комплексах. По этой причине во многих странах мира акустооптические частотомеры с успехом применяются в авиационной и космической технике. Технические параметры АО частотомеров такие как полоса рабочих частот, неравномерность коэффициента передачи до детекторного тракта, эффективность акустооптического взаимодействия и другие во многом определяются параметрами акустооптических дефлекторов (АОД). Из всех конструктивных элементов АО частотомеров АОД является самым дорогостоящим. С технологической точки зрения наряду с полупроводниковыми лазерами, фотоприёмными устройствами АОД при изготовлении так же требуют применение высоких технологий. Наряду с задачей разработки и изготовления АОД не маловажной и технически достаточно сложной, что отражается на стоимости образцов АОД, является задача разработки методов расчёта, контроля и измерения параметров АОД. Авторы настоящей работы, являясь сотрудниками лаборатории «Нанофотоники и оптоэлектроники» Южного федерального университета, решили задачу расчёта технических и технологических параметров АОД двух диапазонов частот, разработали конструкторскую документацию, по которой были изготовлены образцы АОД, разработали методику испытаний АОД на соответствие требуемым техническим параметрам, провели испытания, по результатам которых осуществили корректировку параметров электродинамической структуры АОД. Приводятся расчёт параметров и математическое моделирование электродинамической структуры АОД, методика измерения параметров АОД, структурная схема измерительной установки, реализующей предложенный метод, результаты экспериментальных исследований образцов АОД двух диапазонов частот. Показано, что корректировка электродинамической структуры позволяет в ограниченных пределах изменять параметры АОД. Следовательно, с помощью лишь подстроечной ёмкости нельзя согласовать полученные параметры с данными ТЗ, а необходимо выполнить корректировку топологии согласующей системы. Теоретические расчёты и моделирование были подтверждены результатами экспериментальных исследований, изготовленных в соответствии с разработанной документацией образцов АОД.

Известия Южного федерального университета. Технические науки, № 6, с. 160-171 (2020) | Рубрика: 06.17

 

Ахмедов Р.А., Гасанов А.Р., Гасанов Р.А., Гусейнов А.Г. «Переходная характеристика акустооптической линии задержки и ее применения» Физические основы приборостроения, 9, № 1, с. 71-78 (2020)

Рассмотрены особенности построения акустооптической линии задержки (АОЛЗ) с прямым детектированием. Составлена математическая модель процесса формирования сигнала на выходе АОЛЗ, которая затем использована для определения ее переходной характеристики. Получено выражение для переходной характеристики, на основе которого вычислен отклик АОЛЗ на входное воздействие в форме прямоугольного импульса. Выражение для переходной характеристики также использовано для определения частоты среза АОЛЗ. Установленные положения и закономерности подтверждены численными примерами. Результаты численного анализа апробированы экспериментально на макете АОЛЗ с прямым детектированием. Теоретические и экспериментальные исследования сопоставлены по двум критериям: по параметрам выходного отклика на входное воздействие в форме прямоугольного импульса и частоте среза амплитудно-частотной характеристики (АЧХ). Причем частота среза определена по осциллограмме выходного импульса и по экспериментально снятой АЧХ. Сравнительный анализ результатов теоретических и экспериментальных исследований однозначно подтвердил действенность предложенной модели переходной характеристики.

Физические основы приборостроения, 9, № 1, с. 71-78 (2020) | Рубрика: 06.17

 

Авиев А.А., Енин В.Н. «Пьезоактюатор объектива системы измерения параметров виброподставки в лазерном гироскопе» Приборы, № 1, с. 26-32 (2021)

Рассматривается оптико-электронная система, измеряющая параметры относительных колебаний чувствительного элемента в лазерном гироскопе с виброподставкой. Система позволяет компенсировать обусловленную этими колебаниями составляющую выходного сигнала гироскопа. Рассматриваемая измерительная система состоит из миниатюрного плоского транспаранта, закрепленного на чувствительном элементе, оптико-электронного модуля, установленного на корпусе лазерного гироскопа, и электронного блока обработки сигналов. Принцип действия системы основан на регистрации лазерного излучения, отраженного от участков транспаранта с микрометками. Описывается пьезоактюатор объектива измерительной системы, служащий для поддержания ее оптических характеристик. Приводится математическая модель актюатора, а также описание его системы управления. Показаны результаты численного моделирования движения объектива, положение которого подстраивается при помощи пьезоактюатора.

Приборы, № 1, с. 26-32 (2021) | Рубрики: 06.17 17

 

Бобрешов А., Коровченко И., Олейников А., Прохоров К. «Исследование возможности использования системы из двух акустооптических кристаллов для определения параметров импульсных сигналов» Физика волновых процессов и радиотехнические системы, 22, № 4, с. 68-73 (2019)

Исследуется возможность использования акустооптического эффекта для демодуляции последовательности радиоимпульсов. Предложены схемы измерительных установок для определения параметров последовательности. Описаны методы анализа дифракционной картины, связывающие распределение интенсивности с характеристиками сигнала. Построены экспериментальные и теоретические кривые. На основе полученных данных сделан вывод относительно требований к материалам кристаллов, лежащих в основе акустооптических ячеек. Описаны условия появления областей неопределенности.

Физика волновых процессов и радиотехнические системы, 22, № 4, с. 68-73 (2019) | Рубрика: 06.17

 

Виноградов В., Анфиногентов В. «Восстановление параметров акустических полей, измеренных волоконной многосенсорной системой, на срезе сопла турбомашины» Физика волновых процессов и радиотехнические системы, 22, № 4, с. 145-150 (2019)

Статья посвящена разработке и исследованию распределенных волоконных систем аэроакустического контроля параметров газовоздушного потока на срезе сопла турбомашин. Рассмотрена задача локализации источников и восстановление акустического поля турбомашин. Рассмотрено управление аэроакустической системой контроля на основе волоконнооптических датчиков основанное на принципах самообучения, так как экстремальные регуляторы, хотя и просто технически реализуются, однако обладают низким быстродействием, что особенно сказывается при большом числе управляющих элементов.

Физика волновых процессов и радиотехнические системы, 22, № 4, с. 145-150 (2019) | Рубрики: 06.17 14.04

 

Романова Г.Э., Батшев В.И., Беляева А.С. «Проектирование оптической осветительной системы для перестраиваемого источника на акустооптической фильтрации» Оптический журнал, 88, № 2, с. 12-19 (2021)

Источники с возможностью выделения узкой спектральной полосы находят применения во многих областях науки и техники. Одним из способов выделения одной или нескольких спектральных полос с возможностью регулирования их ширины является применение акустооптической фильтрации вместе с источником широкополосного неполяризованного излучения. В этом случае выделение узкого спектрального интервала выполняется за счёт дифракции в акустооптическом фильтре. При разработке такого источника основной проблемой является получение достаточной величины светового потока. В работе представлены возможные конфигурации оптической осветительной системы, позволяющие повысить эффективность и увеличить световой поток в системе с применением акустооптической фильтрации.

Оптический журнал, 88, № 2, с. 12-19 (2021) | Рубрика: 06.17

 

Mityurich G.S., Lebedeva E.V., Serdyukov A.N. «Resonance piezophotoacoustic transformation of Bessel light beams in dense layer of carbon nanotubes» Проблемы физики, математики и техники, № 4, с. 48-53 (2020)

Исследовано явление возникновения фотоакустического сигнала в слое углеродных нанотрубок под действием облучения бесселевыми световыми пучками (БСП) для случая пьезоэлектрической регистрации. Установлено, что увеличение угла конусности БСП влияет на частоту появления резонансных пиков в зависимости от радиальной координаты ρ. Ключевые слова: фотоакустическое преобразование, пьезоэлектрическая детекция, плотный слой углеродных нанотрубок, бесселевы световые пучки, скорость диссипации энергии, амплитуда фотоакустического сигнала, функция Бесселя, уравнение теплопроводности.

Проблемы физики, математики и техники, № 4, с. 48-53 (2020) | Рубрика: 06.17

 

Антонов С.Н., Резвов Ю.Г. «Акустооптический поляризационно-нечувствительный двухкоординатный дефлектор» Акустический журнал, 67, № 2, с. 138-144 (2021)

Разработана новая схема поляризационно-независимого двухкоординатного акустооптического дефлектора на базе кристаллов парателлурита. Особенностью оптической схемы является использование только трех единичных кристаллов без дополнительных фазовых пластин. Создана практическая модель дефлектора для длины волны света 1.06 мкм, обеспечивающего суммарную эффективность более 80%. Устройство стало основой в переключателе неполяризованных волоконно-оптических каналов с алгоритмом переключения 1 в 25. Основные параметры: суммарные потери – от 3.8 до 5.3 дБ, развязка между каналами от –45 до –60 дБ, время переключения 7 мкс. DOI: 10.31857/S0320791921020015

Акустический журнал, 67, № 2, с. 138-144 (2021) | Рубрика: 06.17

 

Соколовская Ю.Г., Подымова Н.Б., Карабутов А.А. «Исследование частотных зависимостей фазовой скорости продольных акустических волн в пористых углепластиках с использованием широкополосной акустической спектроскопии с лазерным источником ультразвука» Известия РАН. Серия физическая, 85, № 1, с. 127-133 (2021)

Экспериментально реализован метод широкополосной лазерно-ультразвуковой спектроскопии для исследования пористых углепластиков. Исследованные образцы представляли собой однонаправленные углепластики с различным объемным содержанием матрицы и волокна. Показано, что величина относительной дисперсии фазовой скорости продольных акустических волн характеризует пористость образца.

Известия РАН. Серия физическая, 85, № 1, с. 127-133 (2021) | Рубрика: 06.17

 

Адуев Б.П., Нурмухаметов Д.Р., Белокуров Г.М., Крафт Я.В., Исмагилов З.Р. «Влияние плотности композитов тэн-уголь на пороговые характеристики взрывчатого разложения при лазерном инициировании» Физика горения и взрыва, 56, № 2, с. 118-123 (2020)

Представлены результаты измерения порогов взрывчатого разложения композитов тэн–уголь при воздействии импульсов лазерного излучения (λ=1064 нм, τ=14 нс). Исследованы образцы толщиной 1 мм, плотностью 1.1 и 1.7 г/см3 с включениями субмикронных частиц бурого угля (750 нм). У композитов плотностью 1.7 г/см3 матрица практически прозрачна для излучения. Минимальный порог взрыва 1.8 Дж/см2 достигается при концентрации включений 0.5% (по массе). Взрыв имеет адиабатический характер. У композитов плотностью 1.1 г/см3 матрица является рассеивающей. Минимальный порог взрыва 2.3 Дж/см2 получен при концентрации включений 1%. Сделана оценка показателя экстинкции: kext=135 см–1. Поглощение излучения происходит на глубине <0.1 мм. Развитие взрывчатого разложения в необлученной части протекает по ударно-волновому механизму либо механизму взрывного горения. Ключевые слова: лазерное инициирование, тэн, бурый уголь, низкометаморфизованный уголь, лазер, оптоакустика, фотометрический шар

Физика горения и взрыва, 56, № 2, с. 118-123 (2020) | Рубрики: 06.17 08.10

 

Шерстов И.В., Колкер Д.Б. «Оптико-акустический газоанализатор метана на основе параметрического генератора света с длиной волны 3.3 мкм» Квантовая электроника, 50, № 11, с. 1063-1067 (2020)

Проведены исследования стендового макета оптико-акустического (ОА) газоанализатора метана, построенного на базе параметрического генератора света (ПГС) на основе fan-out структуры MgO : PPLN и резонансного дифференциального ОА детектора. ПГС излучал в импульсно-периодическом режиме (∼1750 Гц) на холостой длине волны ∼3.3 мкм при средней мощности ∼40–50 мВт. С помощью исследованного макета лазерного ОА газоанализатора экспериментально показана возможность измерения фоновой концентрации метана в воздухе (∼2–3 ppm CH4). Пороговая чувствительность данного ОА газоанализатора (1σ) составила ∼49 ppb CH4.

Квантовая электроника, 50, № 11, с. 1063-1067 (2020) | Рубрика: 06.17

 

Пустовойт В.И. «Акустооптический аналог резонатора Фабри–Перо» Квантовая электроника, 51, № 1, с. 73-78 (2021)

Предложен новый метод повышения спектральной разрешающей способности коллинеарных акустооптических фильтров путем использования оптической обратной связи, когда выходящее из области взаимодействия света с созданной звуковой волной в кристалле периодической структурой световое излучение возвращается на вход кристалла, в котором процесс дифракции многократно повторяется. Возвращаемый в область взаимодействия световой поток изменяет граничные условия параметрической задачи дифракции, и поэтому амплитуды дифрагированного и прошедшего светового потока оказываются существенно зависимыми от свойств обратной связи (подобно происходящему в оптическом резонаторе Фабри–Перо). Показано, что такой комбинированный акустооптический фильтр Фабри–Перо с обратной связью обладает возможностью электронной перестройки оптической длины волны пропускания и одновременно имеет более высокое спектральное разрешение, чем обычный акустооптический фильтр без обратной связи. Показано также, что многократная дифракция излучения из-за обратной связи повышает эффективность дифракции излучения при сравнительно малом пространственном изменении показателя преломления среды. Найдены в явном виде аналитические выражения для инструментальных функций комбинированного акустооптического фильтра Фабри–Перо и проанализированы их свойства. Отмечено, что любой механизм изменения обратной связи, путем изменения фазы или амплитуды возвращаемой волны, приводит к модуляции измеряемого сигнала, что позволяет создать более точные методы спектральных измерений.

Квантовая электроника, 51, № 1, с. 73-78 (2021) | Рубрика: 06.17

 

Буланов А.В., Нагорный И.Г., Соседко Е.В. «Исследование спектральных характеристик двухимпульсного лазерного пробоя водных растворов MnCl2 в поле ультразвука» Письма в Журнал технической физики, 47, № 5, с. 12-15 (2021)

Представлены результаты исследования спектров плазмы оптического пробоя при двухимпульсном и одноимпульсном возбуждении в поле ультразвука. Показана эффективность использования ультразвука для регистрации следовых концентраций химических элементов в жидкости при одноимпульсном возбуждении жидкости, сравнимая с эффективностью при двухимпульсном оптическом пробое. Ключевые слова: оптический пробой, лазерно-искровая спектроскопия, спектральные линии, оптоакустические эффекты, ультразвук.

Письма в Журнал технической физики, 47, № 5, с. 12-15 (2021) | Рубрики: 06.17 14.04

 

Гиршова Е.И., Микитчук Е.П., Белоновский А.В., Морозов К.М., Иванов К.А. «Оптоакустический генератор ультразвука на основе структуры с таммовским плазмоном и органическим активным слоем» Письма в Журнал технической физики, 47, № 7, с. 17-21 (2021)

Рассматривается усовершенствование оптоакустического генератора на основе структуры с таммовским плазмоном в качестве активной среды за счет добавления слоя органического материала (полидиметилсилоксана), имеющего чрезвычайно высокий коэффициент температурного расширения. Проведено моделирование свойств структуры, показавшее, что использование полидиметилсилоксана в качестве дополнительного слоя структуры оптоакустического преобразователя является целесообразным на частотах до 50 MHz. Показано также, что добавление органического слоя приводит к увеличению эффективности оптоакустического преобразования на четыре порядка. Ключевые слова: ультразвуковой генератор, таммовский плазмон, полидиметилсилоксан.

Письма в Журнал технической физики, 47, № 7, с. 17-21 (2021) | Рубрики: 06.17 14.01

 

Хайретдинов М.С., Поллер Б.В., Борисов Б.Д., Бритвин А.В. «Акустооптическое взаимодействие на инфразвуке в задачах лазерного экологического мониторинга» Автометрия, 56, № 6, с. 91-99 (2020)

Изучаются процессы акустооптического взаимодействия на инфранизких частотах с применением сейсмических вибраторов в качестве источников низкочастотных акустических колебаний, распространяющихся в атмосфере, и лазерных измерительных линий как оптических приёмников колебаний. Предложенные типы источника и приёмника в интересах изучения акустооптического взаимодействия определяют новизну и оригинальность предлагаемого подхода. Приводятся результаты экспериментов по оцениванию характеристик акустооптического взаимодействия на инфранизких частотах в задачах лазерного экологического мониторинга окружающей среды.

Автометрия, 56, № 6, с. 91-99 (2020) | Рубрики: 06.17 08.02

 

Гибин И.С., Котляр П.Е. «Оптико-акустические приёмники ИК- и ТГц-излучения с нанооптоэлектромеханическими элементами на основе однослойного графена» Автометрия, 57, № 1, с. 57-67 (2021)

Приведён аналитический обзор оптико-акустических приёмников (ОАП), основанных на ячейках Голея, применительно к использованию в инфракрасном (ИК) и терагерцовом (ТГц) диапазонах излучения. Представлена история появления и развития ОАП с первых работ Белла, Хейса, Голея и до настоящего времени. Отмечены преимущества ОАП, заключающиеся в постоянной и высокой чувствительности в широкой области спектра и наивысшей среди тепловых приёмников обнаружительной способности. Рассмотрены основные характеристики мембран - главных элементов ОАП, проанализированы физические свойства графена как наиболее предпочтительного материала для мембран. Предложены три конструктивные группы ОАП: одиночные ячейки с оптическим считыванием информации и конденсаторным микрофоном, селективные приёмники с газовым наполнением камер и матричные приёмники. Даны оценки, показывающие, что применение мембран из SLG-графенов позволяет создать приёмники ИК- и ТГЦ-излучения с ячейками порядка десятков микрон с предельно высокой чувствительностью. Предложена новая конструктивная схема матричных терагерцовых оптико-акустических приёмников с применением мембран из гексатриграфена (С)63(6), обладающих рекордными характеристиками.

Автометрия, 57, № 1, с. 57-67 (2021) | Рубрики: 06.17 14.02

 

Подымова Н.Б., Карабутов А.А. «Влияние пористости на статистическое распределение амплитуд обратнорассеянных ультразвуковых импульсов в металломатричных композитах, изготовленных методом реакционного литья» Акустический журнал, 67, № 1, с. 55-64 (2021)

Изучено влияние локальной пористости в изотропных дисперсно-упрочненных металломатричных композиционных материалах, изготовленных методом реакционного литья, на статистическое распределение амплитуд обратнорассеянных широкополосных импульсов продольных ультразвуковых волн. Для этой цели применяется специальный лазерный оптико-акустический преобразователь, который позволяет реализовать лазерное возбуждение и пьезоэлектрическую регистрацию ультразвука при одностороннем доступе к образцу или изделию. Исследованы две серии алюмоматричных композиционных материалов: упрочненных только in situ синтезированными Al3Ti интерметаллидными частицами в различной объемной концентрации (0.04–0.115), а также Al'3Ti с добавлением наночастиц синтетического алмаза в объемной концентрации 0.002. Последние ускоряют процесс синтеза Al3Ti частиц и приводят к модификации их формы и размеров. Для обеих серий композитов распределение амплитуд обратнорассеянных ультразвуковых импульсов аппроксимируется гауссовской функцией распределения, применимой для большого числа статистически независимых величин. Эмпирически полученная зависимость полуширины этого распределения от локальной пористости композитов двух серий аппроксимируется одной и той же близкой к линейной функцией независимо от размера и концентрации упрочняющих частиц. Эта функциональная зависимость может использоваться для количественно оценки локальной пористости композиционного материала как на стадии его изготовления, так и в процессе эксплуатации деталей и изделий. Ключевые слова: алюмоматричные композиционные материалы, локальная пористость, лазерный оптико-акустический метод, обратнорассеянные ультразвуковые сигналы, гауссовская функция распределения. DOI: 10.31857/S0320791921010081

Акустический журнал, 67, № 1, с. 55-64 (2021) | Рубрики: 04.04 04.16 06.17