Анизотропное акустооптическое взаимодействие в кристаллах теллура (1102241), страница 3
Текст из файла (страница 3)
Кристаллическийтеллур является полупроводником. Он обладает необычайно высокой оптическойанизотропией и заметным пьезоэлектрическим эффектом. Показатели преломления светадостигают весьма высоких значений: no = 4,8 для обыкновенной волны и ne = 6,2 длянеобыкновенной волны. Данные значения показателей преломления не значительноизменяются в диапазоне прозрачности материала за счет дисперсии. Однако большинствохарактеристик данного материала, таких как скорость ультразвука, коэффициентызатухания акустической волны, коэффициенты поглощения и отражения света,существенно меняется в зависимости от концентрации неосновных носителей зарядов,дефектов кристаллической решетки, метода обработки кристаллов, температуры и другихфакторов.В главе приведены результаты расчетов зависимостей фазовых скоростейультразвука от направления волнового вектора ультразвука относительно осей X, Y и Zкристалла.
Представлены сечения поверхностей акустических медленностей плоскостямиXY, XZ, а также YZ. Наибольшим значением скорости v = 3,87 км/с обладаетквазипродольная акустическая волна, распространяющаяся в плоскости YZ под угломθa = 138° к оси Z. Наименьшее значение скорости v = 1,05 км/с достигается прииспользовании чистой сдвиговой волны, распространяющейся также в плоскости YZкристалла под углом θa = 117° к оси Z. Так как данная волна является чистой сдвиговоймодой для любого угла распространения в плоскости YZ, при создании акустооптическихприборов она представляет наибольший интерес.Во второй главе представлены результаты расчётов углов сноса акустическойэнергии и определены векторы смещения частиц среды в акустической волне для каждогонаправления волнового вектора.
Приведены данные экспериментов по измерениюскоростей ультразвука в кристалле теллура, причем измеренные величины скоростейвесьма хорошо совпадают с рассчитанными значениями.11212Рис. 1. Измеренная зависимость коэффициента поглощения энергии оптическогоизлучения в кристалле теллура от длины волны(1 - необыкновенная волна 2 - обыкновенная)Также во второй главе представлен обзор работ, посвященных исследованиюоптических характеристик кристаллического теллура. Отмечается, что благодаря сильновыраженному двулучепреломлению данного кристалла, угол сноса энергии оптическойволны достигает значения ψo = 15°. Собраны результаты измерения коэффициентапоглощения в нескольких образцах теллура.
Диапазон прозрачности теллура оказываетсяотносительноузкимλ = 3,5 - 24 мкм.Установлено,чтовспектрепоглощениянеобыкновенно поляризованного излучения наблюдается полоса, соответствующаядлинам волн 8 - 14 мкм, которая отсутствует для обыкновенной волны (рис. 1). Даннаязакономерностьобъясняетсяполупроводниковойприродойтеллура,атакжеособенностью строения кристаллической решётки материала.Помимо этого в главе представлены результаты измерений поглощения оптическогоизлучения от температуры кристалла, а также от направления распространенияоптического луча в теллуре. Проводится сравнение полученных результатов с данными,известными из литературы.
Установлено, что нанесение просветляющих покрытийприводит к существенному улучшению пропускания кристаллов теллура.Третьяглавадиссертациипосвященаисследованиюширокоугольногоакустооптического взаимодействия в монокристалле теллура. В первом параграфе данырезультаты расчетов коэффициента акустооптического качества материала для различныхгеометрий акустооптического взаимодействия. Установлено, что плоскость YZ теллуранаиболее удобна для создания приборов не только из-за акустических особенностейкристалла, но и благодаря тому, что в данной плоскости достигается наибольшее значениекоэффициента акустооптического качества M2 =160·10 -15 с3/г.
Максимальное значениекоэффициента M2, достижимое при широкоугольной дифракции, оказывается несколькоменьше: 120·10 -15 с3/г. Обнаружено, что коэффициент акустооптического качествавозрастает при удалении волнового вектора света от оптической оси. В связи с тем, чтокоэффициент поглощения необыкновенной волны также возрастает при удаленииволнового вектора от оси Z кристалла, необходимо найти геометрию акустооптическоговзаимодействия, оптимальную не только с точки зрения эффективности дифракции, но иобеспечивающую достаточно низкие потери энергии оптического излучения. В таблице 1приведены рассчитанные параметры широкоугольной геометрии в теллуре для различныхнаправлений распространения ультразвука в плоскости YZ кристалла для длины волнысвета λ = 10,6 мкм.Вданнойглавеобсуждаетсявопросовыбореоптимальнойгеометрииширокоапертурного фильтра на основе кристалла теллура.
Описывается методикаизмерения коэффициента акустооптического качества и коэффициентов фотоупругости.Представлены результаты измерений этих коэффициентов для случая изотропнойгеометрии акустооптического взаимодействия.Полярный уголзвукаФазоваяскоростьзвукаθaАкустическийуголсносаψУголБрэггаУголдифракцииКоэффициент АОкачестваЧастотаультразвукаV, км/сПолярныйуголсветаθoθBθdM2 10-15с3/гf, МГц107°37°1.1360,7°43,7°29,9°130175105°40°1,1650,1°35,1°21,0°95166103°43°1,1943°30°16,1°70154100°45°1,2633,9°22,9°11,2°4513098°46°1,3026,4°18,4°8,6°2811095°46°1,3716,6°11,6°5,1°107493°46°1,4210,0°7,0°3,0°34780°41°1,77-33,9°-22,9°-11,2°11177Таблица 1.
Акустические, оптические и акустооптические параметры широкоапертурнойгеометрии взаимодействия в плоскости YZ теллураПриведены результаты исследования широкоапертурного фильтра на кристаллетеллура. Для исследования была выбрана геометрия акустооптического взаимодействиясоответствующая направлению распространения ультразвука θa = 80° (см. таблицу 1).Полученные на практике результаты в целом совпадали с рассчитанными параметрами,однако наблюдалось небольшое различие. Частота ультразвука и коэффициентакустооптического качества оказались несколько выше, чем ожидалось: f = 181 МГц,M2 = 13·10 -15 с3/г.
На рисунке 2а представлена измеренная зависимость угла Брэгга отчастоты ультразвука. Из-за большого поглощения необыкновенной волны в кристалле напрактике удалось осуществить лишь режим заграждающей фильтрации, т.е. режим вкотором из общего спектра светового пучка, прошедшего через фильтр, удаляетсяизлучение с заданной длиной волны. Поэтому на рисунке 2 приведена только однауглочастотная зависимость, соответствующая обыкновенной поляризации света.
Нарисунке 2б представлена передаточная характеристика акустооптической ячейки. Какследует из рисунков 2а и 2б, угловая апертура прибора достигала значения 24°. Ксожалению, на практике не удалось достичь высокой эффективностью дифракции ζ = 1%,данное значение было получено при мощности ультразвука P = 2 мВт, размерыпьезопреобразователя ячейки при этом были 4,0×1,5 мм. Причина низкой эффективностидифракциизаключаетсявнесовершенствеметодавозбужденияультразвукависследованной ячейке.Очевидно, что максимальная эффективность дифракции в теллуре при даннойгеометрии акустооптического взаимодействия может быть достигнута при мощностиультразвука около 0,5 Вт в том случае, если пьезопреобразователь имеет длину 4,0 мм, аего ширина равна 1,5 мм.
Таким образом, в третьей главе доказано, что теллур являетсяперспективным материалом для создания акустооптических фильтров инфракрасногоизлучения с длинами волн более 5 мкм.абРис. 2. Характеристики широкоапертурного акустооптического фильтра накристалле теллура (а – углочастотная характеристика, б – передаточнаяхарактеристика).В четвертой главе исследован акустооптический модулятор интенсивностиинфракрасного излученияреализовываласьобеспечивающаяна основе кристалла теллура.
В данном модулятореизотропнаявеличинугеометриякоэффициентаакустооптическогоM2 = 16·10 -15 с3/г.взаимодействия,Благодарявысокомузначению коэффициента акустооптического качества при мощности ультразвука 1Втудалось достичь эффективности дифракции ζ = 80% на длине волны света λ = 10,6 мкмпри размерах пьезопреобразователя 2,0 × 8,0 мм.Следует отметить, что на оптические грани исследованной ячейки было нанесенопросветляющее покрытие, и коэффициент отражения света от граней кристалла былдостаточно мал. Поэтому на практике удалось реализовать геометрию двухпроходнойзаграждающей фильтрации. На рисунке 3 показана схема двухпроходного заграждающегофильтра.В заграждающем фильтре используется излучение нулевого порядка дифракции,интенсивность которого существенно уменьшается при выполнении условия брэгговскогосинхронизма.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
