Акустооптика — современное активно развивающееся направление оптоэлектроники, которое в этом году отмечает свое 100-летие. В 1922 году французский ученый Л. Бриллюэн теоретически предсказал экзотический на первый взгляд эффект рассеяния света на бегущих навстречу друг другу упругих волнах в среде.
Участники конференции, посвященной 100-летию акустооптики
Фото: Витольд Пожар
Участники конференции, посвященной 100-летию акустооптики
Фото: Витольд Пожар
Спустя десять лет Р. Люка, П. Бикар, П. Дебай и Ф. В. Сирс экспериментально наблюдали явление дифракции света на ультразвуковых волнах. Потребовалось почти полвека с момента открытия, чтобы такое взаимодействие оптических и акустических волн, названное акустооптическим, получило широкое практическое применение. Импульсом этому послужило изобретение лазера и последовавшее за этим стремительное развитие лазерной техники. Необходимость управлять параметрами лазерного излучения привела к высокой востребованности компактных, быстрых и надежных акустооптических устройств: дефлекторов, модуляторов и затворов, которые до сих пор являются непременным атрибутом разнообразных лазерных технологий. В дальнейшем акустооптика стала получать все более широкое распространение для исследования спектрального и поляризационных свойств оптического излучения. Одновременно с этим развилось «противоположное» направление акустооптики — анализ сложных акустических сигналов с помощью дифракции на них оптического излучения. Этот подход оказался весьма эффективным для анализа в режиме реального времени спектра радиосигналов, поступающих, например, с радиотелескопов и радиолокационных систем.
В настоящее время акустооптическое взаимодействие — это гибкий инструмент для разработки разнообразных устройств оптоэлектроники и фотоники в ультрафиолетовом, видимом, инфракрасном и даже терагерцевом диапазоне спектра электромагнитного излучения. Кристаллические акустооптические устройства серийно выпускаются и широко применяются в лазерной технике, радиотехнике и радиофотонике, оптической спектроскопии и видеоспектрометрии, дистанционном зондировании.
История акустооптики тесно связана с именами советских и российских ученых, начиная с Л. И. Мандельштама, который начал свои исследования в этой области еще в годы Гражданской войны (более 100 лет назад), и продолжая учеными советского периода (С. М. Рытова, С. В. Кулакова, В. Н. Парыгина, Ю. В. Гуляева, В. И. Пустовойта, В. В. Проклова, В. Б. Волошинова и др.). Многие из них были за свои достижения в области акустооптики отмечены государственными наградами, а их работы имеют мировой приоритет. До сих пор российская школа акустооптики занимает лидирующие позиции в мировой науке. В России ведутся активные теоретические и экспериментальные исследования в области поиска новых акустооптических материалов, развития технологий роста и обработки кристаллов, создания новых акустооптических методов и приборов.
23 ноября 2022 года в Научно-технологическом центре уникального приборостроения РАН состоялась конференция «100 лет акустооптике», на которую собрались представители 15 научных групп из Москвы и Подмосковья, Санкт-Петербурга, Твери, Саратова, Новосибирска и Белоруссии. Основная цель конференции — постараться передать опыт отечественных ученых следующим поколениям исследователей — достигнута в полной мере. Молодые ученые, аспиранты и студенты, занимающиеся акустооптикой, получили возможность за один день в одном зале увидеть легендарных специалистов, на книгах и статьях которых они учились и продолжают учиться.
Открыл конференцию директор Научно-технологического центра уникального приборостроения РАН М. Ф. Булатов, обратившись с приветственными словами к гостям и рассказав об исследованиях в области акустооптики, ведущихся в институте. Патриархи отечественной акустооптики С. В. Кулаков, Л. Н. Магдич, Ю. В. Писаревский, О. В. Шакин, В. И. Балакший, М. М. Мазур, В. В. Петров рассказали о том, как зарождалось это плодотворное направление, как образовывались научные школы и как удавалось успешно решать важнейшие задачи науки и промышленности, причем в совершенно иных, чем сейчас, технологических условиях. Представители ведущих вузов и институтов рассказали о современных приложениях акустооптики: спектральной аппаратуре для космических и беспилотных летательных аппаратов, лазерном телевидении, устройствах сжатия сверхкоротких лазерных импульсов, технологиях фотоники и квантовой оптики, интерферометрии, гиперспектральных приборах для микроскопии, эндоскопии и экомониторинга.
Ю. С. Доброленский сделал доклад о 35-летней истории применения акустооптических приборов для работы в космосе. В 1987 году впервые в мире был выведен на орбиту спектрометр «Трассер» на борту советского метеорологического спутника серии «Океан» для задач экологического мониторинга поверхности Мирового океана. С тех пор наблюдается резкое увеличение акустооптических спектральных приборов в уже реализуемых и планируемых миссиях в разных странах. Так, например, уже три китайских акустооптических видеоспектрометра осуществляли сбор данных на поверхности Луны, в 2016 году стартовала российско-европейская миссия «ЭкзоМарс», в рамках которой используются четыре акустооптических спектрометра, а в 2020 году к Марсу отправилась американская миссия «Марс-2020» с марсоходом Perseverance, в состав которого входит акустооптический элемент. В наступающем году готовится и запуск отечественного прибора на поверхность Луны.
К. Б. Юшков рассказал об использовании акустооптического взаимодействия в задачах генерации и управления ультракороткими лазерными импульсами, применение которых в современной физике постоянно растет. Исследование сверхбыстрых процессов, преобразование излучения сверхмощных лазеров и решение других задач в настоящее время едва ли возможно без применения акустооптических линий задержки и программируемых модуляторов. Такие приборы открывают уникальные возможности для адаптивной коррекции параметров фемтосекундных импульсов.
Ю. К. Калинников и А. С. Мачихин рассказали о многочисленных приложениях акустооптических гиперспектрометров для решения задач определения пространственного распределения различных характеристик. Так, например, в задачах дистанционного зондирования, сельского хозяйства и точного земледелия данные приборы находят все более широкое применение для построения карт хлорофилла, азота, фосфора и других веществ, содержание которых определяет состояние растений. В биомедицине акустооптические видеоспектрометры используются для неинвазивной диагностики различных патологий кожи и внутренних органов. Термографические системы на основе акустооптических фильтров используются для одновременного вычисления пространственных распределений температуры и излучательной способности, что открывает новые возможности в физике экстремального состояния вещества, минералогии и других областях.
Представленные доклады убедительно показывают востребованность акустооптических технологий в научных исследованиях, промышленности и биомедицине. Существующий задел отечественной школы акустооптики до сих пор позволяет готовить специалистов высшего уровня и проводить исследования мирового уровня. Многие молодые исследователи представили на конференции стендовые доклады.
Конференция «100 лет акустооптике» прошла на одном дыхании и еще раз подчеркнула высокий уровень российской научной школы. Большое количество присутствовавшей на ней молодежи, занимающейся акустооптикой и с увлеченностью рассказывающей о своих исследованиях, позволяет с уверенностью смотреть в будущее данного направления. Вековой юбилей удался, позволив не только познакомиться с блестящей историей отечественной акустооптики, но и показав отличные перспективы ее развития в нашей стране. Все только начинается!