Акустооптическое взаимодействие волновых пучков со сложной амплитудно-фазовой структурой (1102316), страница 4

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

Текст из файла (страница 4)

10. Зависимость интегральной эффективности дифракции от параметраРамана-Ната для разной ширины светового пучка: 1 мм (2), 2 мм (3) и 4 мм (4).Для сравнения (1) – для однородного акустического поляРис. 11. Зависимости интегральной эффективности коллинеарного взаимодействияот величины акустической анизотропии B для разной ширины светового пучка:1 мм (1), 3 мм (2) и 4 мм (3)18Акустическая анизотропия приводит также к уширению полосы пропусканияколлинеарного АО фильтра. Уширение может составлять несколько десятков процентов.Вариант квазиортогональной дифракции проанализирован на примере кристаллапарателлурита. Установлено, что и в этом случае неоднородность акустического поля,обусловленная анизотропией среды взаимодействия, негативно влияет на характеристикиАО дифракции, причем, в более сильной степени, чем при коллинеарной дифракции.Расчет проводился для сдвиговой акустической моды, распространяющейся в плоскости1 1 0 под углом 1.8° к направлению [110].

Коэффициент анизотропии в этом случае равен  10 , а угол сноса акустической энергии составляет 18.3°. Рассмотрены разныеварианты щелевых преобразователей. На рис. 12 показаны амплитудные и расстроечныехарактеристки АО взаимодействия для однородного акустического пучка шириной 2 мм.(а)(б)Рис. 12. Зависимости интегральной эффективности дифракции от параметра Рамана-Ната (а)и от фазовой расстройки (б) при разных расстояниях от преобразователя:l0 = 0.2 см (1), 0.8 см (2), 1.5 см (3) и 3.5 см (4)Выполненные расчеты подтвердили известный из литературы [7] результат, чтопри прохождении светового пучка на достаточных расстояниях от преобразователяамплитудная характеристика АО взаимодействия в брэгговском режиме дифракцииприобретает совершенно другой вид, чем в однородном акустическом поле.

Искривлениеволнового фронта акустического пучка, возрастающее с увеличением расстояния отпреобразователя, приводит к существенному изменению вида амплитудных зависимостей(рис. 12,а). На малом расстоянии от преобразователя (кривая 1), где кривизна волновыхфронтов акустического пучка невелика, зависимость  int   близка к    sin 2  2 . Нопо мере удаления от преобразователя обратная перекачка света из первого порядка внулевой становится все менее эффективной, а при l0  3.5 см (кривая 4) она прекращается19практически полностью. Важно, что при этом эффективность дифракции близка к 100%.Однако для достижения такого состояния требуется несколько большая акустическаямощность.Искривление волновых фронтов влияет и на расстроечные характеристики(рис.

12,б). Кривая 1 соответствует поршневой зоне преобразователя. Ее сопоставление скривой 4 позволяет оценить влияние фазовой неоднородности акустического поля, надиапазон АО взаимодействия. Из графиков видно, что это влияние проявляется двоякимобразом: происходит уширение характеристик (в данном случае оно составляет 36.6%,) исмещение максимума вправо (в представленном случае R  0.55 ). Последнее означаетизменение эффективного значения угла Брэгга, чтоестественно для дифракции вакустическом поле с искривленными волновыми фронтами и большим угломакустического сноса.Пятая глава диссертации посвящена применению спектрального метода дляизучения влияния селективности АО взаимодействия и расходимости световых пучков навеличину выходного сигнала оптического гетеродинирования.

Рассмотрено два вариантасхемы оптического гетеродинирования: 1) только опорный пучок проходит через АОячейку и 2) оба пучка (сигнальный и опорный) проходят через ячейку и испытывают в нейдифракцию (рис.13).(а)(б)Рис. 13. Принципиальные схемы оптического гетеродинированияс АО смещением частоты света: схема №1 (а) и схема №2 (б).1 – лазер; 2 – светоделитель; 3 – АО ячейка; 4 – пьезопреобразователь ячейки;5 – зеркала; 6 – фотоприемник.К преимуществам второй схемы можно отнести сравнительную простотуюстировки и более высокую стабильность, но главное – в ней требуетсяменьшаяакустическая мощность для получения максимальной величины выходного сигнала. Вобоих случаях необходимо учитывать изменение амплитудной и фазовой структурыинтерферирующих пучков, являющееся следствием селективности АО взаимодействия,что приводит к уменьшению выходного сигнала. Этот эффект проявляется тем сильнее,20чем больше акустическая мощность и частота ультразвука и чем меньше ширина световыхпучков.Частотный диапазон оптического гетеродинирования существенно зависит отрадиусасветовогопучка.Приувеличениишириныпучкадиапазонсужаетсяприблизительно по гиперболическому закону.

Наибольшая ширина полосы пропусканияполучается при фокусировке интерферирующих пучков до длины акустической волны(ширина светового пучка в перетяжке близка к длине волны ультразвука). В схеме №2потребляемая акустическая мощность, необходимая для достижения максимальнойвеличины выходного сигнала, примерно в четыре раза меньше, чем требуется в схеме №1.При увеличении частоты ультразвука амплитуда выходного сигнала падает из-заселективности АО взаимодействия.Основные результаты и выводы работы1.

Рассчитана и проанализирована структура двумерных передаточных функцийколлинеарных АО ячеек для сред со слабой и сильной анизотропией АО качества напримерах кристаллов молибдата кальция и парателлурита. Установлено существенноеразличие их формы в вариантах низкочастотного и высокочастотного коллинеарноговзаимодействия, что определяет различие в амплитудных, частотных и спектральныххарактеристиках АО дифракции для этих вариантов взаимодействия.2.

Впервые строго решена задача коллинеарной дифракции ограниченного световогопучкаиисследовановлияниерасходимостисветанахарактеристикиАОвзаимодействия. Установлено, что в случае фокусировки светового пучка в ячейку АОфильтра можно снизить управляющую мощность, однако при этом уменьшаетсяинтегральная эффективность дифракции и спектральное разрешение фильтра.Показано, что известная по литературе формула для оценки угловой апертуры фильтрадает в несколько раз заниженное значение. Разработанная методика расчетахарактеристик фильтра позволяет оптимизировать его параметры под решаемуюзадачу.3. Обнаружено, что в случае высокочастотной коллинеарной дифракции максимуминтегральной эффективности дифракции смещен в область более коротких длин волнсвета относительно длины волны фазового синхронизма.

Этот сдвиг максимумааппаратной функции фильтра растет при увеличении расходимости светового пучка иможет превышать полосу пропускания фильтра. Причиной сдвига является асимметрияизменения передаточной функции при перестройке длины волны. В случаенизкочастотной дифракции подобный эффект отсутствует.214.

Расчеты подтвердили ранее установленный экспериментальный факт возможностиреализации коллинеарной дифракции в "запрещенном" направлении [110] кристаллапарателлурита благодаря внеосевым компонентам светового пучка. Интегральнаяэффективность дифракции в таком фильтре может достигать почти 60%, а разрешение– 6300 при длине АО взаимодействия 2 см. Такой фильтр имеет рекордное разрешениена единицу длины взаимодействия, но требует для работы слишком большуюуправляющую мощность (десятки ватт).5. Впервые теоретически и экспериментально исследованы поляризационные эффектыпри коллинеарном АО взаимодействии. Показано, что в случае неполяризованного илипроизвольно поляризованного светового излучения интенсивность света на выходесодержит, помимо постоянной составляющей, переменные компоненты с частотами,кратными частоте ультразвука.

Соотношением между амплитудами компонент можноуправлять, изменяя взаимную ориентацию поляризаторов на входе и выходе системы.При этом можно осуществлять 100%-ную модуляцию падающего света на бегущейультразвуковой волне либо на частоте ультразвука, либо на удвоенной частотеультразвука.Экспериментальныеисследованияполяризационныхэффектов,выполненные с ячейкой из молибдата кальция, подтвердили результаты теоретическогоанализа.6. Наосновеспектральногоподходаполученооригинальноерешениезадачираспространения ультразвукового пучка в анизотропной среде.

Полученное выражениепозволяет рассчитывать структуру акустического пучка для любых направленийраспространения в кристалле и на любых расстояниях от пьезопреобразователя.7. Введено понятие лучевого спектра, характеризующего угловое распределение энергиив ультразвуковом пучке в дальней зоне дифракции, и исследована его трансформацияпри изменении направления пучка в кристалле. Показано, что лучевой спектрсохраняет свою форму везде, за исключением областей автоколлимации, где имеетместо сильная деформация лучевого спектра с его инверсией. Доказано, что известноеутверждение о том, что анизотропия среды дает лишь эффект масштабированияструктуры акустического поля в направлении распространения пучка, не носитвсеобщего характера, а справедливо лишь для достаточно симметричных направленийв кристалле.8.

Характеристики

Список файлов диссертации