Анизотропное акустооптическое взаимодействие в кристаллах теллура, страница 2

Более того, для создания фильтра, работающего в среднеми дальнем инфракрасном диапазоне, необходим оптически анизотропный материал,прозрачный на этих длинах волн.На сегодняшний день список акустооптических кристаллов, пригодных для созданияакустооптических устройств, работающих в дальнем инфракрасном диапазоне, ограниченкристаллами TAS (Tl3AsSe3), каломели (Hg2Cl2), бромида ртути (Hg2Br2) и теллура (Te).Всеэтиматериалы,крометеллура,характеризуютсяотносительнонизкимакустооптическим качеством M2 ≤ 4.5·10 -15 с3/г. Более того, только монокристаллы TAS икаломелибылииспользованывакустооптическихприборах,обеспечивавшихспектральную фильтрацию излучения и обработку изображений в дальней инфракраснойобласти спектра. Однако применение этих кристаллов в дальнем инфракрасном диапазонеоказалось менее успешным, чем использование парателлурита в видимом и ближнеминфракрасном свете.

Главная причина недостатка - это малая величина коэффициентаакустооптического качества инфракрасных кристаллов.Анализ литературных данных показывает, что в качестве среды акустооптическоговзаимодействияиспользованиевсреднемидальнеммонокристаллическогоинфракрасныхтеллура.Интересдиапазонахктеллуруперспективнообъясняетсячрезвычайно большой величиной коэффициента акустооптического качества материалаM2 > 500·10 -15 с3/г.

Однако, несмотря на то, что теллур известен в акустооптикедостаточнодавно, возможностьегоширокогопримененияв акустооптическихустройствах, например, в дефлекторах и фильтрах, остается не доказанной. Поэтомуцельюнастоящейработыявляетсяизучениеоптических,акустическихиакустооптических свойств монокристаллов теллура в режиме анизотропной дифракциидля применения в дефлекторах, а также и в широкоапертурных фильтрах.Цели диссертационной работы:Целидиссертационнойработысостояливисследованииоднократныхимногократных режимов анизотропного акустооптического взаимодействия в кристаллахтеллура и парателлурита для использования в приборах управления световыми потокамивидимого и инфракрасного диапазонов электромагнитного спектра.

В диссертационнойработе были поставлены следующие задачи:1.Исследование закономерностей дифракции света на ультразвуке в среднем и дальнеминфракрасномдиапазонеоптическогоизлучения.Расчетакустическихиакустооптических характеристик монокристаллов теллура в режиме дифракцииинфракрасного излучения со сменой оптической моды.2.Экспериментальное исследование оптических, акустических и акустооптическихсвойств монокристаллов теллура. Выбор и реализация в эксперименте на длиневолны 10,6 мкм широкоапертурной геометрии взаимодействия оптических пучков сультразвуком в теллуре.3.Теоретическоеиэкспериментальноеисследованиедифракцииоптическогоизлучения в режиме поперечной, а также квазиколлинеарной дифракции вкристаллах парателлурита и теллура при многократном прохождении света черезакустическийстолб.Выборрежимовмногократнойдифракциисвета,обеспечивающих повышение эффективности акустооптического взаимодействия илиулучшение спектрального разрешения устройств управления световыми потоками.Научная новизна диссертационной работы:1.Исследованы оптические, акустические, а также акустооптические характеристикителлура с целью использования данного материала в модуляторах, дефлекторах ифильтрах оптического излучения инфракрасного диапазона.

Выбраны геометрииакустооптического взаимодействия, характеризующиеся высоким коэффициентомакустооптического качества.2.В эксперименте на длине волны света 10,6 мкм исследован режим анизотропногоакустооптического взаимодействия в кристалле теллура с высокой эффективностьюдифракции, спектральной селективностью и широкими угловыми апертурамисветовых пучков. Измерена эффективность и полоса частот дифракции, а такжедопустимая угловая апертура широкоугольного акустооптического фильтра нателлуре.3.В кристаллах TeO2 теоретически и экспериментально изучены особенностидифракции при многократном прохождении света через область акустооптическоговзаимодействия.

Доказано, что применение многопроходной схемы фильтрацииоптическогоизлученияпозволяетповыситьспектральноеразрешениеилиэнергетические характеристики приборов.Практическая значимость диссертационной работы:На сегодняшний день не существует акустооптических устройств, эффективноработающих с электромагнитным излучением на длинах волн 5 – 20 мкм. Проведенныеисследования доказывают, что такие устройства могут быть созданы на основемонокристаллателлура.Благодарярекордномузначениюкоэффициентаакустооптического качества кристалла величина мощности управляющего сигнала можетбыть снижена в десятки раз по сравнению с существующими устройствами на основедругих материалов. В связи с тем, что кристаллический теллур обладает ярко выраженнойанизотропией оптических свойств, доказана возможность создания на основе этогоматериала не только модуляторов, но также дефлекторов и фильтров.Предложенные в работе методы улучшения характеристик акустооптическихустройств являются весьма простыми и в значительной степени эффективными.

Болеетого, они могут быть применены в комбинации с другими известными способамиповышения характеристик акустооптических устройств.Положения, выносимые на защиту:1.ВплоскостяхXZиYZмонокристаллателлурасуществуютгеометриианизотропного акустооптического взаимодействия, перспективные для примененийв модуляторах, дефлекторах и фильтрах, работающих с излучением среднего идальнегоинфракрасногодиапазонаэлектромагнитногоспектра.Приэтомкоэффициент акустооптического качества в теллуре достигает рекордной величиныM2 = 160·10 -15 с3/ г, что на порядок превосходит акустооптическое качество всехизвестных акустооптических материалов.2.Геометрия широкоапертурного акустооптического взаимодействия в теллуре,перспективная для применений в фильтрах для анализа изображений на длинах волн8 – 12 мкм характеризуется спектральной полосой пропускания 1200 Å и допустимойугловой апертурой 24°.

Коэффициент акустооптического качества кристалла дляданной геометрии взаимодействия равен M2 = 10·10 -15 с3/ г.3.Многократное прохождение света через акустический столб акустооптическогофильтра обеспечивает улучшение спектрального разрешения или эффективностидифракции. Применение двукратного взаимодействия приводит к увеличениюкоэффициента подавления сигнала в заграждающем фильтре в 2 раза или кповышению разрешения полосового фильтра в 1,4 раза.

В режиме трехкратноговзаимодействия достижимо сужение полосы пропускания устройства фильтрации в 2раза.Апробация диссертационной работы:Результаты научной работы представлены на научных конференциях в России и зарубежом: 9-я Международная конференция студентов, аспирантов и молодых учёных пофундаментальным наукам «Ломоносов-2002» (Россия, Москва, 2002 г); 16-th InternationalSymposium on Nonlinear Acoustics (Россия, Москва 2002 г); 6th, 7th, 8th, 9th, 10th InternationalConferences for Young Researchers “Wave Electronics and Its Applications in the Informationand Telecommunication Systems” (Россия, Санкт-Петербург, 2003, 2004, 2005, 2006, 2007гг.); 35th Winter School on Wave and Quantum Acoustics (Польша, Устронь, 2006); “10-thSchool on Acousto-optics and Applications” (Польша, Сопоть, 2008)ХI-Всероссийскаяшкола-семинар «Волновые явления в неоднородных средах», часть 4, «Когерентная инелинейная оптика.

Фотоника» (Россия, Звенигород, 2008 г) По материалам диссертацииопубликованы работы, приведённые ниже.Структура и объём работыДиссертация состоит из введения, четырех глав текста, заключения и спискалитературы. Общий объём работы составляет 140 страниц. Диссертация включает 55рисунков и 5 таблиц.

Библиография содержит 128 наименований, в том числе 22авторских публикации.Содержание работыВо введении содержится обоснование актуальности проведенных исследований,излагаются цели диссертационной работы и ее наиболее важные результаты. Здесь такжекратко изложено содержание диссертации, отмечается научная новизна и практическаязначимостьпроведенныхисследований,сформулированыосновныеположения,выносимые на защиту, приводятся сведения об апробации результатов работы.В первой главе содержатся необходимые для последующего изложения сведения изтеории акустооптического взаимодействия в изотропных и анизотропных средах.Обсуждаются основные особенности акустооптических приборов, предназначенных дляработы с инфракрасным излучением.

Проводится сравнение параметров акустооптическихприборов, использующих изотропную и анизотропную геометрию акустооптическоговзаимодействия. Доказывается необходимость использования анизотропных материаловдля создания приборов, работающих со средним и дальним инфракрасным излучением.Также в первой главе представлен обзор существующих на сегодняшний деньакустооптических устройств инфракрасного диапазона.

Подробно рассматриваютсяпубликации, посвященные разработке акустооптических устройств на основе кристалловкаломели и TAS. Утверждается, что на сегодняшний день список акустооптическихкристаллов, пригодных для использования в дальнем инфракрасном диапазоне, ограниченкристаллами германия, ортоселеноарсенита таллия TAS (Tl3AsSe3), каломели (Hg2Cl2),бромида ртути (Hg2Br2) и теллура (Te) Обосновывается необходимость исследованияакустооптических свойств монокристаллов теллура.Вторая глава посвящена изучению физических свойств кристаллического теллура.Приводятся данные о структуре кристалла и его физических свойствах.