vestifmИзвестия Национальной академии наук Беларуси. Серия физико-математических наукProceedings of the National Academy of Sciences of Belarus. Physics and Mathematics Series1561-24302524-2415The Republican Unitary Enterprise Publishing House "Belaruskaya Navuka"10.29235/1561-2430-2019-55-4-479-488vestifm-486Research ArticleФИЗИКАPHYSICSОсобенности акустооптического взаимодействия оптических и акустических бесселевых пучков в поперечно изотропных оптически положительных кристаллахSome features of acousto-optic interaction of optical and acoustic Bessel beams in transversely isotropic optically positive crystalsБелыйВ. Н.BelyiV. N.

Белый Владимир Николаевич – член-корреспондент, доктор физико-математических наук, заведующий центром «Диагностические системы».

пр. Независимости, 68-2, 220072, г. Минск

Vladimir N. Belyi – Corresponding Member, Dr. Sc. (Physics and Mathematics), Professor, Head of the Center ”Diagnostic Systems”.

68-2, Nezavisimosti Ave., 220072, Minsk

v.belyi@dragon.bas-net.byХилоП. А.KhiloP. A.

Хило Петр Анатольевич – доктор физико-математических наук, профессор, заведующий кафедрой общей физики.

пр. Октября, 48, 246746, г. Гомель

Piotr A. Khilo – Dr. Sc. (Physics and Mathematics), Professor, Head of the Department of General Physics.

48, Oktyabrya Ave., 48, 246746, Gomel

КазакН. С.KazakN. S.

Казак Николай Станиславович – академик, доктор физико-математических наук, главный научный сотрудник.

 

Nikolai S. Kazak – Academician, Dr. Sc. (Physics and Mathematics), Chief Scientific Researcher.

68-2, Nezavisimosti Ave., 220072, Minsk

lod@dragon.basnet.byХилоН. А.KhiloN. A.

Хило Николай Анатольевич – кандидат физико- математических наук, ведущий научный сотрудник.

пр. Независимости, 68-2, 220072, г. Минск

Nikolai A. Khilo – Ph. D. (Physics and Mathematics), Leading Scientific Researcher.

68-2, Nezavisimosti Ave., 220072, Minsk

Институт физики им. Б. И. Степанова Национальной академии наук БеларусиB. I. Stepanov Institute of Physics of the National Academy of Sciences of BelarusГомельский государственный технический университет им. П. О. СухогоSukhoi State Technical University of Gomel201907012020554479488Copyright © Белый В.Н., Хило П.А., Казак Н.С., Хило Н.А., 20202020Белый В.Н., Хило П.А., Казак Н.С., Хило Н.А.Belyi V.N., Khilo P.A., Kazak N.S., Khilo N.A.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://vestifm.belnauka.by/jour/article/view/486

Исследованы особенности акустооптической (АО) дифракции с участием бесселевых светового и акустического пучков в анизотропных кристаллах. Рассмотрены кристаллы гексагональной симметрии, которые являются оптически положительными, а акустически – поперечно изотропными. Показано, что в отличие от случая АО дифракции плоских волн, переход к бесселевым пучкам позволяет реализовать ряд новых каналов дифракции, имеющих специфические конфигурации волновых векторов взаимодействующих волн при сохранении аксиальной симметрии оптической схемы в целом. Проведена классификация каналов дифракции для анизотропного рассеяния и для них рассчитаны основные параметры рассеянного бесселева светового пучка и параметры бесселева акустического пучка. Обнаружена возможность реализации изотропного типа дифракции, что позволяет повысить эффективность АО преобразования. Определены его характеристики для двух каналов рассеяния, а именно, рассеяния на попутном бесселевом акустическом пучке и на обратном.

Из-за многообразия каналов рассеяния, а также с учетом того, что бесселевы световой и акустический пучки обладают винтовыми дислокациями волнового фронта, а также подавленным дифракционным расплыванием, изучение особенностей АО дифракции таких пучков в оптически положительных кристаллах представляет как научный, так и практический интерес. 

Some basic properties of acousto-optical (AO) diffraction involving Bessel light and acoustic beams in anisotropic crystals are investigated. Hexagonal symmetry crystals are considered and are optically uniaxial and positive and acoustically transversely isotropic. It is shown that, unlike the case of AO diffraction of plane waves, the transition to Bessel beams allows one to realize a number of new diffraction channels having specific configurations of the wave vectors of interacting waves while maintaining the axial symmetry of the optical scheme as a whole. The diffraction channels for anisotropic scattering are classified and the main parameters of the scattered Bessel light beam and the parameters of the Bessel acoustic beam are calculated for each of them. The possibility of implementing the isotropic-type diffraction was revealed, which makes it possible to increase the efficiency of AO conversion. The parameters of this-type diffraction are determined for two scattering channels, namely, for scattering by a direct Bessel acoustic beam and by a backward propagating acoustic beam.

Due to the appearance of a set of scattering channels and with regard to the fact that Bessel light and acoustic beams have helical wave front dislocations, as well as suppressed diffraction spreading, the study of the features of AO diffraction of such beams in optically positive crystals has both a scientific and practical interest. 

бесселевы световые пучкибесселевы акустические пучкиакустооптическая дифракцияоптически положительные кристаллыBessel light beamsBessel acoustic beamsacousto-optic diffractionoptically positive crystalsReferencesFormation of TH- and TE-polarized Bessel light beams at acousto- optic diffraction in anisotropic crystals / V. N. Belyi [et al.] // Proc. SPIE. – 2011. – Vol. 8073. –P. 807327-1-9. https://doi.org/10.1117/12.886443Belyi V. N., Khilo P. A., Petrova E. S, Khilo N. A., Kazak N. S. Formation of TH- and TE-polarized Bessel light beams at acousto- optic diffraction in anisotropic crystals. Proceedings of SPIE, 2011, vol. 8073, pp. 807327-1-9. https://doi.org/10.1117/12.886443Generation of TH- and TE-polarized Bessel light beams at acousto-optic interaction in anisotropic crystals / P. A. Khilo [et al.] // Opt. Commun. – 2014. – Vol. 325, № 7. – P. 84–91. https://doi.org/10.1016/j. optcom.2014.03.061Khilo P. A., Kazak N. S., Khilo N. A. and Belyi V. N. Generation of TH- and TE-polarized Bessel light beams at acousto-optic interaction in anisotropic crystals. Optics Communications, 2014, vol. 325, no. 7, pp. 84–91. https://doi.org/10.1016/j. optcom.2014.03.061Transformation of phase dislocations under acousto-optic interaction of optical and acoustical Bessel beams / V. N. Belyi [et al.] // J. Opt. – 2016. – Vol. 18. – P. 074002 (6 pp.).https://doi.org/10.1088/2040-8978/18/7/074002Belyi V. N., Khilo P. A., Kazak N. S., Khilo N. A. Transformation of phase dislocations under acousto-optic interaction of optical and acoustical Bessel beams. Journal of Optics, 2016, vol. 18, pp. 074002 (6 pp.). https://doi.org/10.1088/2040-8978/18/7/074002Low-frequency acousto-optic backscattering of Bessel light beams / N. A. Khilo [et al.] //Optics Commun. – 2018. – Vol. 415. – P. 6–12. https://doi.org/10.1016/j.optcom.2018.01.024Khilo N. A., Belyi V. N., Khilo P. A., Kazak N. S. Low-frequency acousto-optic backscattering of Bessel light beams. Optics Communication, 2018, vol. 415, pp. 6–12. https://doi.org/10.1016/j.optcom.2018.01.024Низкочастотное обратное акустооптическое рассеяние бесселевых световых пучков / В. Н. Белый [и др.] // Вес. Нац. акад. Навук Беларусi. Сер.фiз.-мат. навук. – 2017, № 3. – С. 78–86.Belyi V. N., Khilo P. A., Kazak N. S., Khilo N. A. Low-frequency backward acousto-optic scattering of Bessel light beams. VestsіNatsyianal’naiakademііnavuk Belarusі.Seryia fіzіka-matematychnykhnavuk = Proceedings of the National Academy of Sciences of Belarus. Physics and Mathematics series, 2017, no. 3, pp. 78–86 (in Russian).Nondifracting bulk-acoustic X waves in crystals / J. Salo [et al.] // Phys. Rev. Lett. –1999. – Vol. 83, № 6. – P.1171–1174. https://doi.org/10.1103/physrevlett.83.1171Salo J, Fagerholm J, Friberg A. T., Salomaa M. M. Nondifracting bulk-acoustic X waves in crystals. Physical Review Letters, 1999, vol. 83, no. 6, pp. 1171–1174. https://doi.org/10.1103/physrevlett.83.1171Salo, J. Nondiffracting waves in anisotropic media / J. Salo, M. M. Salomaa // Phys. Rev. E. –1999. – Vol. 67, № 5. – P. 056609 (9 p). https://doi.org/10.1103/physreve.67.056609Salo J., Salomaa M. M. Nondiffracting waves in anisotropic media. Physical Review E, 1999, vol. 67, no. 5, p. 056609 (9 p). https://doi.org/10.1103/physreve.67.056609Honarvar, F. Acoustic wave scattering from transversely isotropic cylinders / F. Honarvar, A. N. Sinclair // J. Acoust. Soc. Am. – 2003. –Vol. 100, № 1. –P. 57–63. https://doi.org/10.1121/1.415868Hanorvar F., Sinclair N. N. Acoustic wave scattering from transversely isotropic cylinders. The Journal of the Acoustical Society of America, 2003, vol. 100, no. 1, pp. 57–63. https://doi.org/10.1121/1.415868Ahmad, F. Acoustic scattering by transversely isotropic cylinders / F. Ahmad, A. Rahman // Int. J. Eng. Sci. – 2000. – Vol. 38, № 5. –P. 325–335. https://doi.org/10.1016/s0020-7225(99)00031-2Ahmad F., Rahman A. Acoustic scattering by transversely isotropic cylinders. International Journal of Engineering Science, 2000, vol. 38, no. 5, pp. 325–335. https://doi.org/10.1016/s0020-7225(99)00031-2Auld, B. A. Acoustic Fields and Waves in Solids / B. A. Auld. – John Wiley and Sons, Inc., 1973. – Vol. 1. – 430 p.Auld B. A. Acoustic Fields and Waves in Solids. Volume 1. John Wiley and Sons, Inc., 1973. 430 p.

The authors declare that there are no conflicts of interest present.