Исследование широкополосных акустооптических устройств на основе сильно анизотропных кристаллов, страница 2

“Optical Engineering and Applications”, SPIE, San Diego, USA, 2010.2. “Second InternationalSymposiumonLaser-Ultrasonics (LU2010)”,Bordeaux, France, 2010.3. “38-th Winter School on Wave and Quantum Acoustics”, Korbielov, Poland,2009.4. “10-th School on Acousto-Optics and Applications”, Gdansk, Poland, 2008.5. “Acoustics’08”, Paris, France, 2008.6. “ALT' 09 International Conference on Advanced Laser Technologies”,Antalya, Turkey, 2009.7.

“International Congress on Optics and Optoelectronics”, SPIE-COO,Warsaw, Poland, 2005.8. “5-th World Congress on Ultrasonics WCU 2003”, Paris, France, 2003.9. “6-th Conference of the European Acousto-optical Club”, Gdansk, Poland,2001.10. “International Forum on Wave Electronics and its Applications”, StPetersburg, Russia, 2000.911. “5-th Conference of the European Acousto-optical Club.

Advances inAcousto-Optics 2000”, Brugge, Belgium, 2000.12. “6-th International Conference on Laser Technologies: FundamentalProblems and Applications”, Shatura, Russia, 1998.13. “International Scientific Conference Lomonosov-98”, Moscow StateUniversity, Physical Department, Moscow, Russia, 1998.По результатам работ выдан патент РФ на полезную модель [1]. Результатыисследований опубликованы в российских и зарубежных научных журналахи трудах конференций [2 – 24].

Личный вклад автора в работах следующий:-Теоретическииэкспериментальноисследованадифракционнаяневзаимность изотропного акустооптического взаимодействия в средах ссильной акустической анизотропией [19,20, 22-24];- Проведено экспериментальное исследование акустооптического эффекта вкристалле парателлурита для различных акустических мод методомвизуализации акустических волн [7,12,13,14-18];-Разработанметодрасчетагеометрииквазиколлинеарногоакустооптического взаимодействия в одноосных кристаллах с цельюсоздания оптимизированных АО фильтров и дисперсионных линий задержкис компенсацией углового уширения фемтосекундного импульса [2-5, 6,8. 911,18];- Создана экспериментальная волоконно-оптическая установка и проведеныисследования характеристик акустооптических фильтров и дисперсионныхлиний задержки [11];-Полученоэлектрическогоаналитическоевыражениеимпедансадлякомплексногоодносторонневходногонагруженногопьезопреобразователя с учетом параметров промежуточного связующегослоя [21];10- Разработан и реализован феноменологический метод электрическогосогласования комплексных импедансов пьезопреобразователей АО ячеек[21].Структура и объём работыДиссертация состоит из введения, трёх глав и заключения.

Объёмдиссертации составляет 149 страниц, включая 91 иллюстрацию и 2таблицы. Список литературы содержит 103 наименования, а также 23работы автора и 1 патент РФ на полезную модель.Содержание работыВовведенииисследований,содержитсяприводятсяцелиобоснованиеизадачи,актуальноститемыпоставленныепереддиссертантом, перечисляется краткое содержание работы, отмечаетсяновизна и практическая значимость работы, а также формулируютсяосновные положения, выносимые на защиту.

Кроме того, во введениисодержатся данные об апробации работы.В первой главе диссертации проведен анализ современного состоянияисследований АО взаимодействия в средах с сильной акустическойанизотропией, в том числе по работам автора. Отмечено, что акустическаяанизотропия среды оказывает влияние на характеристики акустооптическоговзаимодействия.Вотличиеотэкспериментасиспользованиемголографических решеток (см. А.С.Задорин, «Динамика акустооптическоговзаимодействия», Томский университет, Томск, 2004), непосредственно вакустооптическом эксперименте зарегистрирован эффект дифракционнойневзаимности.

Этот эффект приводит к расширению или сужению полосычастот изотропного АО взаимодействия в зависимости от абсолютнойвеличины и знака угла ψмежду фазовой и групповой скоростьюультразвука. В частности, получено аналитическое выражение для полосы11АОвзаимодействиядлядвухпротивоположныхслучаевнаклонаакустического столба:1,6nV cosθ o2ΔF ≈±λ f lo0,8Vlotgψ ,(1)где θ o - брэгговский угол падения света, λ - длина волны светового луча, n –коэффициент преломления света в среде, f – частота ультразвука, V – фазоваяскоростьзвуковойЭкспериментальноеволны,–loисследованиедлинаэффектапьезопреобразователя.обнаружилокачественноесовпадение данных эксперимента с расчетными данными.Методомвизуализацииакустическихмодпроведеноэкспериментальное исследование акустооптического эффекта в кристаллепарателлуритавзависимостиотсвойствакустическоймоды,распространяющейся в плоскости (001) кристалла ТеО2 (Рис.1).131′3′5′52 42′a)4′б)Рис.

1. Визуализация отражений акустических волн в парателлурите:а) фотография дифракционной картины; б) схема распространения иотражения волн (слева) и схема дифракционной картины (справа).На рисунке 1,б цифрами 1-5 отмечены нулевые порядки дифракции привзаимодействии с пятью акустическими волнами, цифрами 1′ − 5′ показаны12соответствующиеопределенапервыедифракционныезависимостьэффективнойпорядки.Экспериментальнофотоупругойконстантыотнаправления распространения света, его поляризации, а также от выбраннойакустическоймоды.Результатыэкспериментахорошосовпадаютсрасчетными данными.Во второй главе диссертации проведен анализ современных АОприборовдлясистемфотоники,использующихквазиколлинеарноевзаимодействие в анизотропных средах. В том числе, анализ нового классаАО устройств, работающих одновременно с широким непрерывнымспектром оптического излучения и широким спектром акустического сигнала-дисперсионныхлинийзадержкидляуправленияспектральнымиамплитудами и фазами фемтосекундных лазерных импульсов.

РазработанаматематическаямодельрасчетагеометрииквазиколлинеарногоАОвзаимодействия в одноосных кристаллах применительно к АО фильтрам идисперсионным линиям задержки на кристаллах ТеО2 и KDP. Методнаправленнасозданиеакустооптическихприборовспредельнымихарактеристиками на основе различных кристаллических сред.Рассматриваетсяквазиколлинеарноевзаимодействие,когдауголпадения света должен быть выбран с учетом направления групповойскорости звуковой волны, распространяющейся в кристалле. В кристаллелюбойгруппысимметрииможноустановитьвзаимнооднозначноесоответствие между углом падения света и направлением фазовой скоростизвуковойволны,прикоторыхреализуетсяквазиколлинеарноевзаимодействие. Эффективность акустооптического взаимодействия будетопределяться величиной эффективной фотоупругой константы и длинойзвукового столба.Для устранения влияния дисперсии материала входная оптическаягрань фильтра должна быть ортогональна падающему на нее свету.Применяется метод введения света в звуковой столб, использующий эффектотражения акустической волны от входной оптической грани кристалла.13Звуковаяволна,обеспечивающаяквазиколлинеарноевзаимодействие,характеризуется углом α1 между фазовой скоростью звука Vp1 и одной изкристаллографических осей кристалла (осью [110] для партеллурита, осью[100] для KDP и т.д.), перпендикулярной оптической оси [001] кристалла.Падающая световая волна при этом распространяется вдоль групповойскорости звука Vg1.

Применяя известные законы отражения акустическихволн от границы раздела, можно найти такую акустическую волну, которая,попадая на входную оптическую грань кристалла, отразится под углом,удовлетворяющимквазиколлинеарномувзаимодействию.Направлениефазовой скорости найденной акустической волны однозначно определяеториентацию второй грани кристалла – грани, на которой расположенпьезопреобразователь, относительно кристаллографических осей. Такимобразом,основнымпараметром,определяющимгеометриюакустооптического взаимодействия квазиколлинеарного устройства, являетсяконструктивный угол α1 .Для решения первого этапа задачи необходимо вначале совместитьсистемы координат, в которых строятся векторная диаграмма и сечениеповерхности акустических медленностей, соответствующие конкретнойгруппе симметрии кристалла в выбранной плоскости акустооптическоговзаимодействия.

В качестве примера далее рассматривается кристаллпарателлурита,вкотороммедленнаясдвиговаяакустическаяволна−распространяется в плоскости (1 1 0) и имеет поляризацию, ортогональнуюэтой плоскости.По условию квазиколлинеарного взаимодействия волновой векторпадающегосветаkiколлинеаренвекторугрупповойакустической волны, отраженной от входной грани кристалла.скоростиНаРис.Vg12представлена схема, определяющая угловые направления световой извуковой волн, а также входной оптической грани кристалла относительнокристаллографических осей. На схеме приняты следующие традиционныеобозначения: ki, kd и K – соответственно, векторы падающего света,14дифрагированного света и звука; no и ne – показатели преломленияобыкновенной и необыкновенной световых волн, угол ψ 1 - угол междуфазовой Vp1 и групповой Vg1 скоростями акустической волны, отраженной отвходной грани кристалла.

Угол ϕв дальнейшем используется дляопределения частоты акустооптического взаимодействия. На Рис. 2 показанатакже входная оптическая грань кристалла. Предполагается, что на кристаллпадает необыкновенно поляризованная световая волна, направленнаяортогонально входной грани ячейки.Из рисунка видно, что ориентация входной оптической граникристалла определяется углом π / 2 − (α 1 + ψ 1 ) , отсчитываемым от оси [110].[110]ψ1Vg1Vp1Vp1Kα1kiψ1Vg1kikdψ1ϕ[001]2πn oλ2πn eλРис. 2.

Построение геометрии квазиколлинеарного взаимодействия припомощи векторной диаграммы и поверхности акустической медленностикристалла. Жирной линией показана входная оптическая грань фильтра.15Далее необходимо найти звуковую волну, имеющую фазовую скоростьVp2 и групповую скорость Vg2, которая отразится от входной оптическойграни в звуковую волну с фазовой скоростью Vp1 и групповой скоростью Vg1,обеспечивающую искомое квазиколлинеарное взаимодействие.Условие отражения звуковой волны определяется известным правиломравенства проекций волновых векторов падающей и отраженной звуковыхволн на границе раздела, и записывается в виде:11sinψ 1 =sin(α1 + ψ 1 + α 2 ) ,V p1 (α1 )V p 2 (α 2 )(2)где Vp1 и V p 2 - соответственно, фазовые скорости отраженной и исходнойпадающей акустических волн, угол α 2 - угол между фазовой скоростью Vp2падающей акустической волны и осью [110] кристалла, а угол ψ 2 - уголмежду фазовой Vp2 и групповой Vg2 скоростями этой акустической волны.[110]Vg2ψ2ψ1Vg1Vp1Vp1ψ1Vg1kiVp2α 2 α1Vg2Vp2ψ2[001]Рис.