Исследование широкополосных акустооптических устройств на основе сильно анизотропных кристаллов (1102969)
Текст из файла
МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТим. М.В.ЛОМОНОСОВАФизический факультетНа правах рукописиМакаров Олег ЮрьевичИсследование широкополосных акустооптических устройствна основе сильно анизотропных кристалловСпециальность: 01.04.03 – радиофизикаАВТОРЕФЕРАТдиссертации на соискание учёной степеникандидата физико-математических наукМосква – 2012Работа выполнена на кафедре физики колебаний физического факультетаМосковского государственного университета им. М.В.ЛомоносоваНаучный руководитель:кандидат физ.-мат. наук, доцентфизического факультета МГУим. М.В.ЛомоносоваВ.Б.ВолошиновОфициальные оппоненты:доктор физ.-мат.
наук, профессорИРЭ РАНВ.В.Прокловдоктор физ.-мат. наук, профессорМеждународноголазерногоцентра МГУ им. М.В.ЛомоносоваА.А.КарабутовВедущая организация:Федеральное государственноеунитарное предприятие НИИ«Полюс»Защита состоится 20 декабря 2012 года в 16 часов на заседаниидиссертационного совета Д 501.001.67 в МГУ им. М.В.Ломоносова поадресу: 119992, ГСП-2, г. Москва, Воробьевы горы, д.1, стр.2, физическийфакультет, аудитория им. Р.В.ХохловаС диссертацией можно ознакомиться в библиотеке физического факультетаМГУ им. М.В.ЛомоносоваАвтореферат разослан «____» _____________ 2012 годаУчёный секретарьдиссертационного совета Д 501.001.67А.Ф.Королёв2Общая характеристика работыАктуальность темы исследованияАкустооптическиеприборысегодня активновостребованыприразработке и производстве широкого спектра лазерной и оптическойаппаратуры,функционирующейвультрафиолетовой,видимойиинфракрасной областях оптического спектра.
Акустооптические приборы несодержат движущихся механических частей и управляются электроннымсигналом,чтоопределяетихвысокоебыстродействиеиширокиефункциональные возможности. На основе акустооптических приборовсоздаются принципиально новые системы управления, передачи и приемаинформации,которыенемогутбытьреализованытрадиционнымиоптическими методами. Так, создание фемтосекундных лазеров определилопотребность в адаптивных устройствах, компенсирующих искажения спектраи фазы Фурье-компонент фемтосекундных импульсов в оптическомусилительном тракте.
Именно акустооптические методы управления светомнаиболее эффективны при решении этой задачи.На сегодняшний день для управления светом наиболее частоприменяются кристаллы кварца, ниобата лития, парателлурита и германия.Следует отметить, что некоторые из перечисленных, а также и другиеизвестныеакустооптическиематериалыхарактеризуютсясильнойанизотропией физических свойств. При этом сложные и интересные спрактической точки зрения акустооптические явления происходят прираспространении акустических и электромагнитных волн именно в сильноанизотропных твердых телах. Характерным является факт, что изучениюособенностей влияния акустической анизотропии среды на параметрыакустооптического взаимодействия посвящается гораздо меньше работ, чемисследованиям особенностей взаимодействия в оптически анизотропныхсредах. Тем не менее, во многих случаях учетом акустической анизотропии в3силу ее значительной величины нельзя пренебрегать.
В некоторых случаяханизотропию даже следует использовать в акустооптике и на её основеотыскиватьгеометрииперспективныедляакустооптическогосозданияоптоэлектронныхвзаимодействия.Например,прибороввнаучнойлитературе не было информации о методе расчета основных характеристикакустооптических приборов на основе квазиколлинеарного взаимодействия,использующихакустическуюанизотропиюодноосныхкристаллов.Подобный анализ необходим для оценки предельных характеристик вновьразрабатываемых устройств.
Недостаточность теоретической проработкипроблемы ещё недавно сдерживала создание АО приборов высокогоспектрального разрешения для УФ, видимого и ИК диапазонов. Однакоблагодаря прогрессу АО знания в последние годы был создан новый классакустооптических приборов – дисперсионные фемтосекундные линиизадержки. Эти приборы используются для управления спектральнымиамплитудами и фазами фемтосекундных импульсов, причем АО устройстваудается оптимизировать с учетом конкретных приложений.Известно,чтоважнейшейхарактеристикойакустооптическихустройств является их спектральная широкополосность. Тем не менее, до сихпор не было предложено простой теоретической модели, помогающейрассчитывать и синтезировать широкополосные согласующие электрическиецепи в новых модификациях акустооптических приборов.Таким образом, актуальной задачей исследования являлось развитиеимеющегося знания об особенностях акустооптического взаимодействия,проведение более глубокого изучения влияния акустической анизотропиисреды на характеристики дифрагированных световых пучков с цельюсоздания нового поколения АО устройств.
Изложенное выше определяетактуальность настоящего исследования.4Цели и задачи исследованияЦельработысостоялавдетальномтеоретическомиэкспериментальном исследовании возможности использования сильнойакустической анизотропии кристаллов для реализации специфических формакустооптическоговзаимодействия,полезныхдлясозданияакустооптических устройств нового поколения. При этом были поставлены ирешены следующие задачи:1)Исследованиезакономерностейизотропнойдифракциисветанаультразвуке в акустически анизотропной среде, а также исследованиеакустическойанизотропиисредыметодамиакустооптическоговзаимодействия.2)Исследованиевозможностиоптимизацииосновныхпараметровакустооптических приборов на основе квазиколлинеарного взаимодействия водноосных кристаллах и достижения в подобных устройствах рекордныххарактеристик.3)Разработкаисозданиеоптимизированныхширокополосныхквазиколлинеарных акустооптических фильтров для УФ, видимого иближнего ИК спектральных диапазонов.4)Исследованиедисперсионныхлинийзадержкидляадаптивногоуправления Фурье-компонентами спектра фемтосекундных импульсов сцелью формирования импульсов заданной формы.
Разработка и созданиеэкспериментальных акустооптических дисперсионных линий задержки,оптимизированныхпоспектральномуразрешениюиэффективностиконверсии.5) Разработка и реализация методов широкополосного согласованияэлектрическогокомплексногопьезопреобразователяимпедансаАО устройствапромежуточного связующего слоя.5одностороннес учетомнагруженноговлиянияпараметровНаучная новизна1)Зарегистрированвакустооптическомэкспериментеэффектдифракционной невзаимности, приводящий к расширению либо сужениюполосычастотизотропногоакустооптическоговзаимодействиявзависимости от взаимной ориентацией волнового вектора света и вектораУмова-Пойнтингазвука.Методомэкспериментальноисследованвизуализацииакустооптическийакустическихэффектвволнкристаллепарателлурита для различных акустических мод, распространяющихся вплоскости (001) кристалла ТеО2.2) Исследован новый класс АО устройств для фемтосекундной лазернойтехники: дисперсионных линий задержки, работающих одновременно сширокими непрерывными спектрами оптического излучения и акустическогосигнала.
Впервые детально исследованы дисперсионные линии задержки ифильтры для УФ, видимого и ближнего ИК диапазонов, оптимизированныепо эффективности и спектральному разрешению и предназначенные дляобработки фемтосекундных спектров с полосой до 200 нм.3) На базе волоконно-оптической техники создана экспериментальнаяустановка для исследования характеристик широкополосных АО устройств спредельно высоким спектральным разрешением. В акустооптическомфильтренакристаллепарателлуритаполученорекордноезначениеспектральной полосы пропускания 0,24 нм на длине волны света 1550 нм.4) На основе полной эквивалентной электрической схемы Мэзона описанасистема «согласующие цепи – пьезопреобразователь – промежуточный слой– акустооптическая среда» и cмоделирована работа векторного измерителякомплексных импедансов. Показано, что разработанная математическаямодель работы пьезопреобразователя оказывается эффективной для описаниявлияния толщины и материальных констант промежуточного слоя наширокополосность акустооптического прибора.
На основе разработанноймодели получены аналитические формулы для расчета значений LC6элементовсогласующихцепейиосуществленосогласованиеакустооптических устройств без использования векторного измерителякомплексных импедансов.Научная и практическая значимостьНаучная значимость диссертационной работы определяется тем, что врезультате выполнения исследований углублено понимание особенностейвзаимодействия света и звука в кристаллах с высокой анизотропиейфизических свойств. Показано, что акустическая анизотропия средывзаимодействияявляетсянетолькосвойствомматериала,котороенеобходимо учитывать при создании новых приборов, но в ряде случаев иключевым фактором, позволяющим создавать акустооптические устройствановых типов с рекордными характеристиками.
Полученная информацияиспользована для дальнейшего развития теории и практики широкополосныхакустооптических приборов нового поколения.Практическая значимость диссертационной работы заключается вследующем:Разработан практический метод синтеза согласующих электрическихцепей для пьезопреобразователей акустооптических устройств. Применениеметода позволило изготовить акустооптические устройства с рекорднымизначениями рабочего спектрального диапазона: до полутора октав по свету;Разработаноиизготовленосемействоширокополосныхакустооптических фильтров на основе квазиколлинеарного взаимодействиядля спектрального уплотнения и разделения лазерных сигналов в сетяхоптической связи 100 ГГц WDM с малыми перекрестными помехами впринятых для связи S (1491,69 нм – 1529,55 нм), C (1529,75 нм – 1569,59 нм)и L (1569,80 нм – 1611,79 нм) спектральных диапазонах;Разработана двухкаскадная широкополосная спектральная система дляисследованияплазмыспомощью7квазиколлинеарныхфильтровнамонокристаллах KDP и ТеО2 со спектральным диапазоном перестройки 2001000 нм и разрешением не хуже 1 нм;Создана оптимизированная акустооптическая дисперсионная линиязадержкидляфемтосекундныхуправленияимпульсов.спектральнымиЭффективностьамплитудамиифазамипреобразованияспектрафемтосекундного импульса шириной 120 нм при длительности импульса 45фс составила 70%.
Доказана возможность адаптивного управления спектромфемтосекундного импульса в условиях значительной оптической временнойнеопределенности (джиттера).Основные положения, выносимые на защиту1)Экспериментальноеподтверждениезависимостиполосычастотизотропного акустооптического взаимодействия в среде с выраженнойакустической анизотропией от взаимной ориентации векторов фазовойскорости света и групповой скорости звука.2) Сохранение оптической оси лазерной системы и компенсация уширенияуглового спектра фемтосекундного излучения в дисперсионной линиизадержки до значений, меньших дифракционной расходимости лазерногопучка.3) Рекордно узкая спектральная полоса пропускания акустоотпическогофильтра 0,24 нм на длине волны света 1550 нм, использующегоквазиколлинеарное взаимодействие в кристалле парателлурита, достигнутаяза счет оптимизации геометрии акустооптического взаимодействия.4) Оптимизированная линия задержки с высокой эффективностью дифракции70% и возможностью адаптивного управления формой фемтосекундногоимпульса в спектральном диапазоне до 200 нм без потери световоймощности, обусловленной оптической временной неопределенностью 24мкс.85) Акустооптический фильтр для анализа изображений с рекордно широкимдиапазоном перестройки длины волны света 380 – 1100 нм, созданныйблагодаряматематическомумоделированиюработыкомплексногоизмерителя электрических импедансов пьезоэлектрических преобразователейи применению оригинальной программы расчета значений элементовсогласующих цепей.Апробация работыРезультаты проведенных исследований были представлены на следующихнаучных конференциях:1.
Характеристики
Тип файла PDF
PDF-формат наиболее широко используется для просмотра любого типа файлов на любом устройстве. В него можно сохранить документ, таблицы, презентацию, текст, чертежи, вычисления, графики и всё остальное, что можно показать на экране любого устройства. Именно его лучше всего использовать для печати.
Например, если Вам нужно распечатать чертёж из автокада, Вы сохраните чертёж на флешку, но будет ли автокад в пункте печати? А если будет, то нужная версия с нужными библиотеками? Именно для этого и нужен формат PDF - в нём точно будет показано верно вне зависимости от того, в какой программе создали PDF-файл и есть ли нужная программа для его просмотра.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
