Исследование оптоэлектронных систем обсудили на семинаре Программы развития

4 марта 2026 года на физическом факультете МГУ состоялся 55-й семинар Программы развития Московского университета. С докладом «Исследование перспективных материалов и оптоэлектронных систем в лаборатории акустооптики и оптической обработки информации» выступил Сергей Николаевич Манцевич, профессор кафедры физики колебаний физического факультета МГУ.

Акустооптический эффект — это явление дифракции света на ультразвуке в оптически прозрачной среде, позволяющее управлять такими параметрами светового излучения, как частота, амплитуда, направление распространения и поляризация. Благодаря компактности, надежности, высокому быстродействию и относительно низкой потребляемой мощности акустооптические (АО) устройства находят широкое применение в современной оптической электронике, выступая в качестве ключевых или вспомогательных элементов различных оптоэлектронных систем. В последнее время спектр применения АО приборов существенно расширился, что, в свою очередь, предъявляет новые, зачастую специфические требования к их характеристикам.

В докладе были представлены результаты исследований, проведенных за последние годы в группе акустооптики на оборудовании, приобретенном по Программе развития Московского университета. Работы велись по двум основным направлениям.

Первое направление посвящено изучению свойств новых материалов, использование которых в акустооптике позволит улучшить характеристики устройств. Второе направление связано с исследованием оптоэлектронных систем с различными типами обратной связи — гибридной и чисто оптической. Системы с гибридной обратной связью представляют собой один из вариантов реализации оптоэлектронных осцилляторов, известных разнообразием режимов работы и широкими возможностями практического применения. Системы с чисто оптической обратной связью также вызывают интерес, поскольку открывают возможность генерации перестраиваемых оптических частотных гребенок.

Приобретенное оборудование предназначено для решения двух основных задач: исследования новых АО-материалов и изучения АО-систем с обратной связью. Целью материаловедческих исследований является создание более эффективных АО-устройств с улучшенными или качественно новыми характеристиками по сравнению с существующими, а также расширение спектрального диапазона эффективного функционирования АО-приборов в сторону среднего ИК-диапазона (до 12-15 мкм).

Поставленные задачи решаются экспериментально, на основе полученных данных проводятся расчеты и строятся теоретические модели.

За истекший период достигнут ряд значимых результатов. В частности, экспериментально изучена генерация оптических гребенок в акустооптической системе с полупроводниковым лазером, при этом показано, что появляющаяся благодаря использованию акустооптического фильтра возможность перестройки рабочей частоты позволяет управлять всеми параметрами генерируемых гребенок. Впервые продемонстрирована возможность получения двойных гребенок с использованием одного акустооптического фильтра при подаче двухчастотного электрического сигнала. Изучено функционирование безмодового лазера в случае накачки только спонтанным излучением оптического усилителя. Также впервые предложена и реализована генерация двойных гребенок в безмодовом лазере, которая осуществляется при подаче двухчастотного управляющего сигнала на акустооптический фильтр, причем спектральный интервал между линиями определяется разностью частот управляющего сигнала и может оперативно изменяться путем перестройки частоты генератора. Впервые предложена и продемонстрирована генерация четверных гребенок в безмодовом лазере, реализуемая при подаче трехчастотного управляющего сигнала.

Для изученной системы реализована схема измерений малых смещений. Показано, что использование четверных гребенок для решения этой задачи позволяет повысить точность измерений в шесть раз по сравнению с точностью, достижимой в обычном случае. Разработана схема измерений для определения малых смещений неизвестной величины, а также показано, что применение аналогичной схемы для измерения значений показателей преломления и их дисперсии позволяет проводить измерения с погрешностью порядка одного процента для третьего знака после запятой.

Изучены акустические и акустооптические свойства теллуридного стекла состава Ga10Ge15Te75 и показано, что его применение перспективно для создания АО-модуляторов и дефлекторов, работающих в диапазоне длин волн от 5 до 16 мкм.

Изучены акустические и акустооптические свойства оптически двуосных кристаллов на основе лития (LiGaSe2,LiInSe2,LiInS2) и кристалла LNM. Для кристалла LNM впервые выполнены измерения угло-частотных характеристик акустооптической дифракции, и на основе полученных данных построена теоретическая модель. Совокупность полученных данных показывает, что исследованные материалы могут быть использованы для создания быстродействующих оптических затворов и модуляторов неполяризованного светового излучения.

Акустооптика является разделом оптической электроники, тесно связанным с практическим применением и промышленным производством. Фактически развитие современной акустооптики обусловлено постоянно расширяющимся кругом применений и возрастающими требованиями со стороны практических задач. Так, необходимость изучения новых материалов, прозрачных в средней инфракрасной области, связана с проблемой управления излучением мощных CO2-лазеров, применяемых в металлообработке и медицине, а также с практической реализацией компактных приборов для проведения спектроскопических измерений в диапазоне пяти-двадцати микрометров, которому соответствуют полосы поглощения различных веществ, включая опасные газы.

Исследование оптически двуосных материалов открывает возможности для реализации новых, качественно иных геометрий акустооптической дифракции, позволяющих, например, осуществлять сканирование оптических пучков со сложным пространственным спектром. Такие устройства востребованы при прецизионной обработке поверхностей, в оптических ловушках, а также в системах лазерной локации.

Результаты проведенных научных исследований нашли отражение в двух магистерских диссертациях; кроме того, подготовлена к защите кандидатская диссертация. Ежегодно по теме исследований публикуется две-три статьи в ведущих научных журналах, результаты работы докладываются на всероссийских и международных конференциях и публикуются в соответствующих сборниках трудов. В рамках обеспечения доступа к научному оборудованию для сотрудников других подразделений, приобретенная аппаратура использовалась сотрудниками кафедры нанофотоники при проведении исследований эффекта Фарадея.