Акустооптическая обработка неколлимированных световых пучков и изображений, страница 4

Например, при перестройке фильтра с длины волнысвета 0.7 мкм до 0.8 мкм, где наблюдается близкая к линейной зависимостьδb2 (λ), смещение изображения составляет величину приблизительно 0.8 мм,что приводит к снижению числа разрешимых элементов в изображении в 2раза. На основании расчётов параметры системы были оптимизированы, чтопозволило снизить влияние продольной аберрации на разрешение более, чемвдвое в видимом диапазоне спектра.4. Каскадные фильтры неполяризованного излученияЧетвёртая глава описывает примеры практического применения акустооптических фильтров для обработки неполяризованного света.

Для рассмотрения выбраны каскадные акустооптические системы двух широкоапертурныхфильтров и двух модуляторов неполяризованного света.Широкоапертурная дифракция произвольно поляризованного света может быть обеспечена в системе двух одинаковых фильтров, если каждая изакустооптических ячеек управляет одной из ортогональных поляризаций света. При этом взаимную ориентацию кристаллов можно выбрать таким образом, чтобы дифрагированные пучки распространялись параллельно. Теоретическое и экспериментальное исследование системы было проведено с ис– 20 –Рис. 4.

Фейнмановская диаграмма образования основных и побочных дифракционных максимумов (а) и структура дифракционной картины (б) прирассеянии неполяризованного света в двух идентичных акустооптическихячейках.пользованием рабочего первого дифракционного порядка. Такая система рассматривалась в качестве перестраиваемого широкоапертурного фильтра илимодулятора неколлимированных пучков.В работе показано, что при последовательном прохождении неполяризованного света через два широкоапертурных фильтра помимо основной широкоапертурной дифракции в дифракционной картине могут наблюдатьсяпобочные максимумы небольшой интенсивности. На рис. 4, а приведена диаграмма образования всех максимумов в дифракционной картине.

Индекс pобозначает номер дифракционного порядка, а буквенные индексы «a», «o» и«e» соответственно обозначают произвольную, обыкновенную и необыкновенную поляризацию световых пучков. Появление дополнительных максимумоввызвано дифракцией той нормальной волны, для которой не выполняетсяусловие фазового синхронизма в кристалле, на боковых лепестках передаточной функции фильтра.

Всего в дифракционной картине наблюдается 6– 21 –дифракционных максимумов, изображённых на рис. 4, б : объединённый нулевой порядок произвольной поляризации, два параллельных луча первогопорядка широкоапертурной дифракции, а также три побочных луча.

Приэтом, если система рассчитана на работу с монохроматическим светом (в качестве модулятора или пространственного фильтра), то можно так подобратьдлину пьезоэлектрического преобразователя, чтобы два из побочных лучейпопали в нули передаточной функции и были подавлены, а интенсивностьтретьего не превышала бы величины 2 %.В рамках диссертационной работы также была проведена разработка иэкспериментальное исследование каскадной системы двух акустооптическихмодуляторов неполяризованного света для волоконно-оптических линий передачи, в которых используется мультиплексирование с разреженным спектральным разделением.

Применение двух одинаковых акустооптических ячеек было обусловлено необходимостью компенсации расщепления луча в нулевом дифракционном порядке, возникающего из-за двулучепреломления кристаллов парателлурита. Система двух акустооптических фильтров и градиентных линз для сопряжения акустооптических фильтров с оптоволокномвносила пассивные потери не более −2 дБ. Кроме того, использование двухкристаллов позволило вдвое снизить мощность ультразвука, рассеиваемую вкаждой из ячеек. Созданная система способна обеспечить независимую модуляцию нескольких оптических несущих со спектральным расстоянием междусоседними каналами 20 нм.Экспериментальное исследование проводилось для четырёх каналов в интервале длин волн 1.51.

. . 1.57 мкм, однако характеристики фильтров позволяли работать во всей области инфракрасного диапазона 1.27. . . 1.61 мкм,используемой в телекоммуникационных системах большой дальности. Максимальный уровень ослабления каждого из каналов достигал −22 дБ, чтосоответствует эффективности дифракции более 99 %. В то же самое время– 22 –из-за наличия боковых лепестков функции пропускания фильтра в системенаблюдались перекрёстные помехи между каналами, однако ослабление сигнала на соседней несущей длине волны не превышало величины −0.5 дБ приоптимальной мощности ультразвука.Основные результаты1) В работе показано, что в приближении малого двулучепреломленияугловая апертура неколлинеарных акустооптических фильтров может бытьвычислена аналитически. Сравнение с результатами численного моделирования показало, что относительная ошибка аналитических вычислений не превышает величины ∆n/no .

Применение полученных формул позволяет значительно упростить вычисление пространственного разрешения акустооптических систем обработки изображений.2) Теоретическое исследование показало, что изменение геометрии акустооптических фильтров с целью увеличения пространственного разрешениясопровождается ростом необходимой акустической мощности. При угле срезакристалла парателлурита α = 10◦ число разрешимых элементов изображенияна выходе фильтра может превышать величину N ' 106 при управляющеймощности ультразвука P 6 2 Вт. Максимальная угловая апертура фильтровна основе KDP наблюдается при угле среза кристалла α = 18.8◦ и достигаетв воздухе снаружи кристалла величины 3◦ .3) Доказано, что угловая апертура геометрии одновременной дифракцииобеих нормальных волн в одной акустооптической ячейке немонотонно зависит от угла среза кристалла, имея локальный минимум.

Увеличение угловойапертуры взаимодействия наблюдается как при уменьшении угла среза до нуля, так и при его увеличении до критического значения αcr . В парателлуритеминимум апертуры имеет место при угле среза кристалла α ≈ 10◦ .4) При особом выборе расстояний между элементами конфокальной оп– 23 –тической системы вторичный спектр продольной хроматической аберрацииможно снизить до величины глубины резкости изображения и уменьшить падение пространственного разрешения в широком диапазоне длин волн.

Применение разработанного метода компенсации позволяет уменьшить влияниехроматической аберрации на пространственное разрешение.5) Показано, что при использовании двух широкоапретурных акустооптических фильтров возможно осуществить дифракцию неколлимированныхсветовых пучков произвольной поляризации. При этом в распределении интенсивности света наблюдаются дополнительные дифракционные порядки,возникающие при рассеянии света на боковых лепестках передаточной функции фильтра.6) Разработан и экспериментально исследован каскадный акустооптический модулятор для волоконно-оптических линий связи со спектральным разделением каналов.

Уровень потерь, вносимых системой, составлял −2 дБ приглубине модуляции каждого канала −22 дБ. Наблюдаемые перекрёстные помехи между соседними каналами не превышали −13 дБ при интервале 20 нммежду несущими длинами волн.Список публикаций по теме работы1. V. B. Voloshinov, K. B. Yushkov, and B. Linde, “Improvement in performance of a TeO2 acousto-optic imaging spectrometer”, Journal of OpticsA: Pure and Applied Optics, vol. 9, № 4, pp.

341–347, 2007.2. V. B. Voloshinov, B. Linde, and K. B. Yushkov, “Acousto-optic processing of images in visible and ultraviolet light”, European Physical Journal:Special Topics, vol. 154, pp. 225–228, 2008.3. V. B. Voloshinov and K. B. Yushkov, “Acousto-optic filters on potassiumdihydrogen phosphate with optimal angle aperture and maximum beamdeflection”, Optical Engineering, vol.

47, № 7, pp. 073201 (1–7), 2008.– 24 –4. Магдич Л. Н., Юшков К. Б., Волошинов В. Б., “Широкоапертурная дифракция неполяризованного излучения в системе двух акустооптических фильтров”, Квантовая электроника, т. 39, № 4, стр. 347–352, 2009.5. J.-C. Kastelik, K. B. Yushkov, S. Dupont, and V. B. Voloshinov, “Cascadedacousto-optic system for modulation of unpolarized light”, Optics Express,vol. 17, № 15, pp. 12767–12776, 2009.6.

Анчуткин В. С., Бельский А. Б., Волошинов В. Б., Юшков К. Б., “Акустооптический метод спектрально-поляризационного анализа изображений”, Оптический журнал, т. 76, № 8, стр. 29–35, 2009.7. K. B. Yushkov, “Aberration-free design of a hyperspectral acousto-optic image spectroscope”, in IX International Conference for Young Researchers:Wave Electronics and Its Applications in Information and Telecommunication Systems, Non-Destructive Testing, Security and Medicine. Proceedings, http://home.ru/weconf/proc06/, pp.

6 (1–8), St. Petersburg: StateUniversity for Aerospace Instrumentation, 2006.8. K. B. Yushkov, D. V. Bogomolov, and V. B. Voloshinov, “Acousto-opticimaging by means of wide angle tunable acousto-optic filter”, Journal dePhysique IV France, vol. 137, pp. 185–188, 2006.9. V. B. Voloshinov and K. B. Yushkov, “Processing of convergent and divergent optical beams and images by means of tunable acousto-optic filters onbase of paratellurite and KDP”, in Proceedings of International Congresson Ultrasonics, http://www.ICUltrasonics.org/, pp.

1302 (1–4), 2007.10. V. S. Anchyutkin, A. B. Belsky, V. B. Voloshinov, and K. B. Yushkov, “Hyperspectral optical system with spatial separation of images possessing different polarization”, vol. 7100 in ser. Proc. of SPIE, pp. 71001D (1–7),SPIE, 2008.11. K. B. Yushkov and D. V. Bogomolov, “Acousto-optic imaging by meansof wide angle tunable acousto-optic filter”, in 35th Winter School on Wave– 25 –and Quantum Acoustics. Conference Abstracts and Program, p. 70, Gliwice,Poland: Upper Silesian Division of the Polish Acoustical Society, SilesianUniversity of Technology, 2006.12.

K. B. Yushkov, “Aberration-free design of a hyperspectral acoustooptic image spectroscope”, in IX International Conference for YoungResearchers: Wave Electronics and Its Applications in Informationand Telecommunication Systems, Non-Destructive Testing, Security andMedicine. Preliminary Program and Abstracts, p. 16, St. Petersburg: StateUniversity for Aerospace Instrumentation, 2006.13. K. B. Yushkov, “Compensation of chromatic aberrations in a paratelluritebased acousto-optic imager”, in VIII International Young Scientists Conference Optics and High Technology Material Science SPO 2006. Scientificworks, p. 115, Kyiv, Ukraine: Taras Shevchenko Kyiv National University,2006.14.