Acústica-óptica

La acústica- óptica  es una rama de la física que estudia la interacción de las ondas ópticas y sonoras (interacción acústico-óptica), así como una rama de la tecnología , dentro de la cual se desarrollan e investigan dispositivos que utilizan la interacción acústico-óptica (dispositivos acústico-ópticos). .

Para referirse a una amplia gama de fenómenos asociados con la interacción acústico-óptica, a veces se utiliza el término general "efecto acústico-óptico". En casi cualquier dispositivo acústico-óptico, una onda acústica se excita utilizando uno u otro transductor electroacústico , con mayor frecuencia uno piezoeléctrico . Así, los dispositivos acústico-ópticos son controlados por señales eléctricas (alta frecuencia ), que se generan en las correspondientes unidades de control electrónico. Por lo tanto, la acústica-óptica se considera una rama de la electrónica funcional .

Fenómenos acústico-ópticos básicos

• Difracción de la luz por ultrasonidos (difracción acústico-óptica).
• Refracción de la luz en ultrasonido (refracción acústico-óptica).
• Amplificación de ondas acústicas débiles, así como su generación bajo la acción de una onda óptica potente ( fenómenos fotoacústicos u optoacústicos).

En consecuencia, la rama de la física (acústica) que estudia la excitación de las ondas acústicas bajo la influencia de una onda óptica se denomina fotoacústica u optoacústica.

• Bajo la influencia de una poderosa onda de ultrasonido en un líquido, a su vez, se puede observar la generación de una onda óptica, la llamada sonoluminiscencia .

En sentido estricto, los fenómenos acústico-ópticos se entienden únicamente como la difracción y refracción de la luz por ultrasonidos. El principal fenómeno utilizado en los dispositivos acustoópticos modernos es la difracción acustoóptica.

Aplicaciones de los fenómenos acústico-ópticos

El efecto acústico-óptico es ampliamente utilizado tanto en investigación científica como en dispositivos técnicos. En particular, el método acústico-óptico se puede utilizar para visualizar campos acústicos y controlar la calidad de los materiales transparentes. Los filtros acústico-ópticos permiten el análisis químico remoto del medio. Además, los dispositivos acústico-ópticos están demostrando ser extremadamente efectivos para el análisis de señales de radio de alta frecuencia . El área de aplicación más importante son los sistemas de procesamiento de información óptica , incluidos los elementos de los sistemas de comunicación óptica y las computadoras ópticas .

Una variedad de aplicaciones de dispositivos acústico-ópticos se vuelven posibles debido a la versatilidad del efecto acústico-óptico, que se puede utilizar para manipular de manera efectiva todos los parámetros de una onda óptica. Así, los dispositivos acústico-ópticos permiten controlar la intensidad de la radiación láser , la posición del haz óptico en el espacio, la polarización y fase de la onda óptica, así como la composición espectral y la estructura espacial de los haces ópticos.

Las principales clases de dispositivos acústico-ópticos

• Moduladores  : le permiten controlar la intensidad de la radiación óptica.
• Deflectores  : desvían el haz óptico en un cierto ángulo y también escanean el haz en el espacio.
• Filtros sintonizables :
  • filtros de longitudes de onda de radiación óptica o filtros espectrales: transmiten radiación óptica solo en un cierto rango de longitudes de onda, mientras que la "ventana" de transmisión se puede reconstruir;
  • filtros de frecuencia espacial :  controlan la estructura espacial del haz óptico (pasan ciertas frecuencias espaciales del espectro angular de la radiación óptica).
• Dispositivos de barrido  : le permiten leer una imagen óptica línea por línea y convertirla usando un fotodetector de un solo elemento en una secuencia de señales eléctricas.
• Analizadores de señales eléctricas (señales de radio):
  • analizadores de espectro de señales de radio ;
  • medidores de fase de señales de radio.
• Dispositivos  de retardo ajustables: retardan la señal durante un tiempo determinado, cuya duración, a diferencia de las líneas de retardo acústico-electrónicas de estado sólido , se regula fácilmente (por la posición del haz óptico).
• Compresores de pulsos de radio  : realizan compresión de impulsos eléctricos.
• Procesadores acústico-ópticos  : realizan ciertas operaciones matemáticas en señales ópticas y acústicas. En particular:
  • correladores - calcular la correlación de dos señales;
  • convolvers: realiza una operación matemática de convolución de dos señales;
  • procesadores de vectores matriciales: realizan operaciones de álgebra lineal ;
• Sistemas acústico-ópticos con realimentación :
  • sistemas para estabilizar parámetros ópticos y eléctricos (por ejemplo, sistemas para estabilizar la intensidad de un haz óptico);
  • generadores de electrones-acústico-ópticos: sistemas autooscilantes que contienen un dispositivo acústico-óptico como elemento principal no lineal ; permitir la obtención de autooscilaciones coordinadas de magnitudes eléctricas, acústicas y ópticas, incluidos modos oscilatorios regulares y estocásticos ;
  • sistemas biestables y multiestables: sistemas  acústico-ópticos caracterizados por dos o más estados estables, entre los cuales es posible el cambio bajo cierta influencia externa; tales sistemas pueden ser considerados como análogos ópticos de flip- flops electrónicos .

Secciones relacionadas con la acústica-óptica

No se debe confundir la acústica-óptica y la optoacústica. Estas son disciplinas separadas.

La acústica-óptica moderna está estrechamente relacionada no solo con sus secciones "madre" de la física, con la acústica y la óptica , sino también con la física de los cristales (se estudia activamente la interacción acústico-óptica en los cristales ), así como con disciplinas aplicadas como la optoelectrónica y radiofísica .

Mientras que las señales acústicas se convierten en señales ópticas en los dispositivos acústico-ópticos (y las señales ópticas se convierten en señales acústicas en los sistemas fotoacústicos), los sistemas con conversión mutua de señales acústicas y eléctricas se estudian en la acustoelectrónica .

Un área relacionada con la acústica-óptica es la vibrometría láser , que considera métodos de sondeo óptico de cuerpos oscilantes (vibrantes). El efecto de la fotoelasticidad , que proporciona difracción y refracción acústico-óptica, también es la base del método óptico de polarización para estudiar las deformaciones estáticas de los materiales.

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