Акустооптическое взаимодействие волновых пучков со сложной амплитудно-фазовой структурой (1102316), страница 2

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 2)

Данное соотношениепозволяет производить точный расчет АО взаимодействия и оценивать влияние структурыакустического пучка на характеристики АО приборов.Основные положения, выносимые на защиту1. Различие характеристик низкочастотной и высокочастотной коллинеарной дифракции6ограниченныхсветовыхпучковобусловленопринципиальнымотличиемпередаточных функций эти вариантов АО взаимодействия.2. Коллинеарная дифракция неполяризованного и произвольно поляризованного света набегущей акустической волне сопровождается модуляцией интенсивности выходящегоизлучения на гармониках ультразвука.

Соотношением между амплитудами гармоникможно управлять выходным поляризатором.3. Полученное в работе решение задачи о распространении акустических пучков ванизотропной среде позволяет проводить расчет структуры акустического поля длялюбых направлений в кристалле и на любом расстоянии от излучателя.4.

Амплитудная и фазовая неоднородность акустического поля негативно влияет нахарактеристики АО взаимодействия, снижая эффективность дифракции и изменяяугловой, частотный и спектральный диапазоны взаимодействия.Апробация работыРезультатыдиссертациибылипредставленынаследующихнаучныхконференциях:IX International Conference for Young Researchers «Wave Electronics and ItsApplications in Information and Telecommunication Systems» (Россия, Санкт-Петербург,2006), «36th Winter School on Wave and Quantum Acoustics» (Польша, Гливице, 2007), XInternational Conference for Young Researchers «Wave Electronics and Its Applications inInformation and Telecommunication Systems» (Россия, Санкт-Петербург, 2007), XVМеждународная конференция «Ломоносов-2008», (Россия, Москва, 2008), «10th School onAcousto-optics and Applications», (Польша, Гданьск-Сопот, 2008), International Congress«Acoustics’08 Paris», (Франция, Париж, 2008), XII Международная научная молодежнаяшкола «Когерентная оптика и оптическая спектроскопия», (Россия, Казань, 2008),Молодежный форум «Фундаментальные и прикладные аспекты инновационных проектовфизического факультета МГУ», (Россия, Москва, 2009), 18th Annual Student Conference«Week of Doctoral students 2009», (Чехия, Прага, 2009), XIII International Conference forYoungResearchers«WaveElectronicsandItsApplicationsinInformationandTelecommunication Systems», (Россия, Санкт-Петербург, 2010), «International Conference ofPhysics Students (ICPS) 2010», (Австрия, Грац, 2010), VII Международная конференциямолодых ученых и специалистов «Оптика-2011».

(Россия, Санкт-Петербург, 2011).Результаты исследований также обсуждались на научных семинарах лабораторииакустооптики и кафедры физики колебаний физического факультета МГУ.7ПубликацииПо теме диссертации опубликовано в журналах и сборниках 25 печатных работ: 8статей в реферируемых научных журналах, входящих в список ВАК, 6 статей в трудахконференций и 11 тезисов. Перечень публикаций приведен в отдельном списке работавтора в конце автореферата.Структура и объем диссертацииДиссертация состоит из введения, 5 глав, заключения, списка цитируемойлитературы и списка авторских публикаций. Общий объем составляет 161 страницу,включая 70 рисунков и 202 библиографические ссылки.СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫВовведениисодержитсяобоснованиеактуальноститемыисследований,сформулированы предмет исследования и цели диссертационной работы, приводитсякраткое содержание работы, отмечается научная новизна и практическая значимостьпроведённых исследований, сформулированы основные положения, выносимые назащиту, приводятся сведения об апробации результатов работы.Первая глава диссертации целиком носит обзорный характер.

Она содержитнеобходимые для последующего изложения сведения из теории АО взаимодействия визотропных и анизотропных средах. Глава включает в себя также информацию об АОвзаимодействии волновых пучков, имеющих сложную пространственно-временнуюструктуру, и ее влиянии на спектр дифрагированного света. Кроме того, в нейрассказываетсяополяризационныхэффектахприквазиортогональномАОвзаимодействии в изотропных и анизотропных средах.Во второй главе диссертационной работы впервые строго рассмотрены двавопроса, относящихся к коллинеарной геометрии АО взаимодействия: дифракциясветового пучка с конечной апертурой и дифракция светового излучения с произвольнойполяризаций.1. Проанализировано два варианта коллинеарного взаимодействия: низкочастотнаяи высокочастотная дифракция.

Установлено существенное различие передаточныхфункции АО взаимодействия для этих вариантов. В случае низкочастотной дифракции начастоте фазового синхронизма передаточная функция имеет форму креста с лучами,ориентированными приблизительно под 45 к кристаллографическим осям АО кристалла(рис.1,а). При изменении частоты ультразвука крест расщепляется на две дуги,8расходящиеся в противоположные стороны вдоль кристаллографических осей. В случаевысокочастотной дифракции передаточная функция является осесимметричной (рис.1,б),чтообеспечиваетодинаковоевоздействиеАОячейкинавсекомпонентыпространственного спектра оптического сигнала в любой плоскости, проходящей черезоптическую ось системы.Показано, что форма передаточной функции и вид углового спектра световогопучка существенно влияют на характеристики дифракционного спектра: интегральнуюэффективность дифракции, частотный и спектральный диапазоны АО взаимодействия.(а)(б)Рис.1.

Передаточные функции АО взаимодействия при низкочастотной (а)и высокочастотной (б) геометрии коллинеарной дифракцииУстановлено, что между основными характеристиками взаимодействия существуетпротиворечивая связь. Уменьшение ширины светового пучка позволяет снизитьуправляющую мощность. Но при этом, из-за увеличения расходимости света,уменьшается максимально достижимая эффективность дифракции и расширяетсяспектральный диапазон, что означает ухудшение фильтрующих свойств АО фильтра(рис. 2). Численные расчеты показали, что известная по литературе [3] формула дляоценки угловой апертуры фильтра дает в несколько раз заниженное значение.Разработанная в диссертации методика расчета характеристик фильтра позволяетполучать верные значения эффективности дифракции, спектрального разрешения, угловойапертуры и потребляемой мощности для световых пучков с различной структурой и,таким образом, оптимизировать параметры фильтра под решаемую задачу.Обнаружено, что в случае высокочастотной коллинеарной дифракции максимуминтегральной эффективности дифракции смещен в область более коротких длин волн9света относительно длины волны фазового синхронизма.

Этот сдвиг максимумааппаратной функции фильтра растет при увеличении расходимости светового пучка иможет превышать полосу пропускания фильтра (рис.2,б). Поэтому его необходимоучитывать при разработке фильтров. Причиной сдвига является асимметрия измененияпередаточной функции при увеличении и уменьшении длины волны. В случаенизкочастотной дифракции подобный эффект отсутствует.(а)(б)Рис.

2. Зависимость характеристик низкочастотной (а) и высокочастотной (б) коллинеарнойдифракции от угла расходимости светового пучка  L для нормированной полосыпропускания  0 (a), интегральной эффективности дифракции  int (b)и центральной длины волны света 0 (c).1 – 0  632.8 нм, l = 4 см;2 – 0  632.8 нм, l = 3 см;3 – 0  474.6 нм, l = 4 см.На примере кристалла парателлурита показано, что сильная анизотропия АОкоэффициента качества существенно меняет вид передаточных функций и, как следствие,характеристики АО взаимодействия.Впервые проведен строгий анализ эффекта дифракции света в "запрещенном"направлении кристалла парателлурита, ранее наблюдавшегося в эксперименте [9].Установлено, что благодаря АО взаимодействию внеосевых компонент светового пучкаинтегральная эффективность дифракции может достигать почти 60%, а разрешениефильтра – N = 6300при длине АО взаимодействия l = 2 см и длине волны света0  633 нм.фильтрТакойимеетрекордноеразрешениенаединицудлинывзаимодействия, но, к сожалению, требует для работы слишком большую управляющуюмощность (десятки ватт).2.Впервыеисследованыполяризационныеэффекты,возникающиепринизкочастотном коллинеарном АО взаимодействии неполяризованного или произвольнополяризованного светового излучения.

Показано, что в общем случае световая волна с10произвольной поляризацией, входя в АО ячейку, распадается на две компоненты,дифрагирующие независимо в максимумы +1-го и –1-го порядков. При этомкоэффициенты связи (параметры Рамана-Ната) и фазовые расстройки одинаковы дляобоихвариантоврассеяниясвета.ВследствиеэффектаДоплерачастотыпродифрагировавших волн смещаются на частоту ультразвука  , что приводит к биениямкомпонент нулевого и первых порядков на выходе анализатора. В результате этогоинтенсивность выходного излучения оказывается промодулированной во времени.

Характеристики

Список файлов диссертации