البصريات الصوتية (أدوات-)

بصريات صوتيه (ادوات)

Acoustooptic devices - Dispositifs acousto optiques

البصريات الصوتية (أدوات-)

محمد بهاء الصوص

البصريات (الضوئيات) الصوتية acousto-optics فرع من الفيزياء يدرس التأثير المتبادل بين الأمواج البصرية (الضوئية) والأمواج الصوتية، ويدرس خاصة انعراج حزمة الليزر بتأثير الأمواج الصوتية وفوق الصوتية.

تنبأ الفيزيائي الفرنسي بريلوان Brillouin عام 1922 بانعراج الضوء عند عبوره وسطاً يخضع لتأثير موجة صوتية، ثم أثبت العالم الهولندي ديباي Debye تجريبياً هذه الظاهرة عام 1932، فالمفعول البصري الصوتي acousto – optic effect يعتمد على تغير قرينة انكسار الوسط بسبب الأمواج الصوتية، فتتشكل شبكة انعراج داخل الوسط تؤثر في الضوء. ويمكن الكشف ضوئياً عن تغيرات قرينة الانكسار الناتجة من تقلبات الإجهاد والضغط الصوتي في الوسط باستخدام انكسار الضوء أو انعراجه أو انعكاسه أومفعول التداخل بين عدة أمواج ضوئية.

إن تغير قرينة انكسار وسط متجانس تنتشر فيه موجة صوتية مستوية وفق المحور z يعطى بالعلاقة (1):

حيث هي قرينة انكسار الوسط الأصلية، هو التردد (التواتر) الزاوي للموجة الصوتية، K هو شعاع الموجة الصوتية، ويعطى بالعلاقة (2)

حيث a هو الإجهاد الناتج من الموجة الصوتية، وP هو ممتد (تنسور tensor) المرونة الضوئية photoelasticity للوسط.

هناك نوعان متمايزان لانعراج الضوء وفقاً للأثر البصري الصوتي؛ هما: انعراج رامان- ناث Raman-Nath وانعراج براغ Bragg. يلاحظ الأول منهما عند الأمواج الصوتية منخفضة التواتر(التردّد) نسبياً (أقل من 10 ميغا هرتز)؛ وأطوال تآثر بصري - صوتي قصيرة لا تتعدى 1 سم؛ ومن أجل أي زاوية ورود للضوء ، في حين يظهر الثاني عند تواترات صوتية أعلى تبلغ 100 ميغا هرتز ومن أجل زاوية ورود محددة يطلق عليها اسم زاوية براغ . عند تطبيق استطاعات صوتية عالية؛ فإن انعراج براغ (الشكل 1) يتمثل ببقعتين مضيئتين فقط توافقان رتبتي الانعراج 0 و1، وتعطى زاوية براغ في وسط متجانس بالعلاقة (3)

حيث هي طول موجة الحزمة الضوئية المنعرجة، وf تواتر (تردد) الموجة الصوتية، وv هي سرعة انتشار الصوت في الوسط.

الشكل (1) انعراج براغ

يمكن توليد موجة صوتية في وسط ما بتطبيق إشارة كهربائية دورية على قطبي بلورة كهرضغطية piezoelectric ملتصقة بالوسط. وقد كان لتطور علم تنمية البلورات ولاكتشاف المواد الكهرضغطية دور بارز في استخدام الأثر البصري الصوتي في التطبيقات المختلفة، ومن المواد التي تبدي أثراً بصرياً صوتياً ملحوظاً عند الضوء المرئي السيليكا المنصهرة fused silica، ونيوبات الليثيوم، وثلاثي كبريت الزرنيخ، وثنائي أكسيد التلوريوم، وزجاج التلوريت، وكلوريد الزئبق، وبروميد الرصاص، وغيرها من المواد. ويستخدم الجرمانيوم وزرنيخيد الغاليوم عند الأطوال الموجية تحت الحمراء.

يتجلى أبرز استعمالات الأثر البصري الصوتي في التطبيقات الليزرية ضمن المعدِّلة البصرية الصوتية Acousto-Optic Modulator (AOM)؛ التي تعتمد على تعديل خصائص الحزمة الضوئية زمنياً أو مكانياً عن طريق تغيير شدة الحزمة الصوتية أو طورها أو تواترها أو استقطابها. ولعل من أبسط طرائق تعديل الحزمة الضوئية التي تعبر الوسط هو تشغيل الموجة الصوتية فيه أو قطعها. فعند عدم تطبيق الموجة الصوتية تتابع الحزمة الليزرية مسيرها الاعتيادي ضمن الوسط، أما عند تشغيل الموجة الصوتية فإن الشدة الضوئية الموافقة لانعراج براغ ستكون أعظمية وفق زاوية براغ، وإذا خرجت عن مسار الليزر فستسبب ضياعاً وبالتالي تغيراً في شدة الحزمة الضوئية مقابلاً للتعديل الصوتي. تستخدم هذه المعدِّلة كمفتاح جودة وكفاصل- واصل Q-switching ضمن الليزر (الشكل 2).

الشكل (2) مفتاح الجودة البصري الصوتي

يمكن أن يستخدم انعراج براغ البصري الصوتي مرشّحاً filter لطول الموجة حيث تعتمد زاوية براغ على طول موجة الضوء، ويجري انتقاء طول الموجة عن طريق توليف تواتر الموجة الصوتية. كما يستعمل انعراج براغ أيضاً في حرف الحزمة الضوئية Acousto-Optic Deflector (AOD) فتتغير زاوية الانحراف (براغ) مع تغير تواتر الموجة الصوتية المستخدمة، وقد كان لانحراف براغ AOD حديثاً أثر بالغ في تحقيق تكاثف بوز-أنشتاين Bose- Einstein condensate، ويفيد أيضاً في أسر الجزيئات الصغيرة بالليزر.

يوجد للأثر البصري الصوتي تطبيقات مهمة أخرى مثل الاختبارات اللاتخريبية التي تستعمل الأمواج فوق الصوتية و الأمواج الضوئية معاً للكشف عن الإجهادات، وفي التطبيقات الحيوية مثل مقياس اللزوجة في الدم والتصوير المعتمد على انعراج براغ للنسج acousto – optic Bragg imaging of biological tissue.

التصنيف : الكيمياء والفيزياء

النوع : الكيمياء والفيزياء

المجلد: المجلد الخامس

رقم الصفحة ضمن المجلد : 0

آخر أخبار الهيئة :

البحوث الأكثر قراءة

اصدارات الموسوعة العربية

أسماء الباحثين

هل تعلم ؟؟

• - هل تعلم أن الأبلق نوع من الفنون الهندسية التي ارتبطت بالعمارة الإسلامية في بلاد الشام ومصر خاصة، حيث يحرص المعمار على بناء مداميكه وخاصة في الواجهات

• - هل تعلم أن الإبل تستطيع البقاء على قيد الحياة حتى لو فقدت 40% من ماء جسمها ويعود ذلك لقدرتها على تغيير درجة حرارة جسمها تبعاً لتغير درجة حرارة الجو،

• - هل تعلم أن أبقراط كتب في الطب أربعة مؤلفات هي: الحكم، الأدلة، تنظيم التغذية، ورسالته في جروح الرأس. ويعود له الفضل بأنه حرر الطب من الدين والفلسفة.

• - هل تعلم أن المرجان إفراز حيواني يتكون في البحر ويتركب من مادة كربونات الكلسيوم، وهو أحمر أو شديد الحمرة وهو أجود أنواعه، ويمتاز بكبر الحجم ويسمى الش

• هل تعلم أن الأبسيد كلمة فرنسية اللفظ تم اعتمادها مصطلحاً أثرياً يستخدم في العمارة عموماً وفي العمارة الدينية الخاصة بالكنائس خصوصاً، وفي الإنكليزية أب

• - هل تعلم أن أبجر Abgar اسم معروف جيداً يعود إلى عدد من الملوك الذين حكموا مدينة إديسا (الرها) من أبجر الأول وحتى التاسع، وهم ينتسبون إلى أسرة أوسروين

• - هل تعلم أن الأبجدية الكنعانية تتألف من /22/ علامة كتابية sign تكتب منفصلة غير متصلة، وتعتمد المبدأ الأكوروفوني، حيث تقتصر القيمة الصوتية للعلامة الك

شراء النسخة الورقية