Диссертация (1103331), страница 10
Текст из файла (страница 10)
Соответственно абсолютнаяпогрешность составила примерно ± 0.04 для этих констант. Посколькукоэффициентыопределяютсягруппамивходеединойвычислительной-- 66 --процедуры, то эта абсолютная погрешность относится ко всем вычисленнымупругооптическим константам.-- 67 --2.6 Результаты работы, изложенной в Главе 21.Впервые исследована эффективность дифракции света на фазовойдифракционной решетке, созданной бегущей ультразвуковой волной длямонокристаллов семейства KRE(WO4)2, где RE = Gd, Yb и Lu.
Полученыкоэффициенты акустооптического качества M в случае изотропнойдифракции, с сохранением поляризации света.2.По определенным значениям коэффициента качества M найдены 12 из 20значенийфотоупругихмодулейpαβ*,характеризующиеизотропнуюдифракцию.3.ПредложенаиаттестованаметодикаГСССД№225«Методикаэкспериментального определения фотоупругих характеристик лазерныхкристаллов моноклинной сингонии для задач акустооптики»-- 68 --Глава 3.АкустооптическиеустройстванакристаллахсемействаKRE(WO4)2Содержание главы 3:Глава 3. Акустооптические устройства на кристаллах семейства KRE(WO4)2 ..... 683.1Введение в главу 3 ...............................................................................................
683.2Модулятор произвольно поляризованного излучения .................................... 733.3Комбинированный элемент ................................................................................ 803.4Дефлектор со значительной полосой перестройки и большой угловойапертурой ....................................................................................................................... 823.5Коллинеарный фильтр ......................................................................................... 863.6Результаты работы, изложенной в Главе 3 ....................................................... 913.1 Введение в главу 3Явление дифракции света на акустических волнах широко используется вустройствах управления оптическим излучением.
Первый акустооптическийперестраиваемый фильтр был предложен в 1969 г. [62], а первое такое устройствов России (СССР) было изготовлено в 1975 г. [63]. В этих устройствах,называемых акустооптическими (АО), обычно используются кристаллы сопределенной совокупностью свойств, среди которых высокая эффективность АОвзаимодействия,атакжедоступностьитехнологичностьматериала(прозрачность, однородность, и т.д.). Для разных задач важность приобретают идругие характеристики, в частности, стойкость к мощному излучению.Материалом,используемымвзатворахдлямощныхлазеров,являетсякристаллический кварц α-SiO2 , причем из-за высокой мощности управляющегосигнала устройство принудительно охлаждается [64, 65].Для нахождения новых оптически стойких АО материалов было проведеноисследование свойств некоторых лазерных кристаллов.
Моноклинная сингониякристаллов (класс 2/m) обуславливает выраженную анизотропию свойств, в томчисле оптическую двуосность. Дифракция (рассеяние) света на фазовой-- 69 --дифракционной решетке, созданной ультразвуком, в оптически двуосных средахслабо изучена, из-за малого количества материалов с подходящими свойствами идоступности, а взаимодействие в них, в общем случае, более сложно [48, 66]. Этообъясняетнекоторыетрудности,возникающиеприрассмотренииакустооптических явлений в данных средах.
Вместе с тем, исследованиеособенностей дифракции света на ультразвуке в двуосных кристаллах весьмаперспективно [67], поскольку такие материалы составляют значительную частьдвулучепреломляющих сред. Кроме этого, поверхность волновых векторов светав двуосных кристаллах [68] содержит, с одной стороны, сечения, характерные дляодноосных кристаллов. С другой стороны, многие сечения волновой поверхностисвойственны лишь оптически двуосным материалам, и не имеют аналогов водноосных средах [69]. В случае распространения света вблизи оптической оси вкристалле, необходимо учитывать явление конической рефракции при выходесвета из материала, как и возникающие особенности коноскопических картин изза эллиптичности собственных оптических мод [70].
Большое разнообразиевариантов взаимодействия света и звука в двуосных кристаллах можетспособствовать разработке акустооптических приборов с существенно лучшимихарактеристиками, чем у устройств на основе одноосных кристаллов [71].Особенности АО взаимодействия ведут как к дополнительным сложностям,связанных с хроматическими аберрациями [72], так и к дополнительнымвозможностям [73].АО устройства для лазерной техники имеют некоторые особенности.Фильтры используются для перестройки длины волны в параметрических лазерах[74, 75, 76 и 77] и зачастую должны выдерживать высокую оптическую мощностьи при этом обладать заметным АО эффектом, но не требуют широкой угловойапертуры.
Модуляторы добротности имеют в основе модуляторы и дефлекторы ипрежде всего, должны выдерживать высокоинтенсивное оптическое излучение.Другие особенности представлены в Таблице 3.1. Следует отметить, чтоуправление лазерами можно осуществлять и другими методами, как например вработе [78].-- 70 --Таблица 3.1. Акустооптические устройства для лазерной техникиУстройствоФункцияГеометрияПерестраиваемый АО Перестройка длины волны вКоллинеарное ифильтр (АОТФ) [79]неколлинеарноелазерахвзаимодействие,анизтропная дифракцияАО модуляторыУправление интерсивностьюНа бегущей УЗ волнедобротности [80]Изменение добротности [81]На стоячей УЗ волне [82](внутрирезонаторные) Синхронизация мод(изотропная дифракция)ДефлекторыОтклонение пучковАнизотропная дифракцияМодуляторыИзменение добротностиИзотропная дифракцияПреобразователиСдвиг частоты оптическогоАнизотропная дифракциячастотыгетеродинирования[83](внерезонаторные)Таким образом, задача поиска новых перспективных кристаллов длясоздания акустооптических устройств не теряет свою актуальность, несмотря назначительное число уже изученных оптических материалов [60, 84].
Идеяпоисков, проводившихся ранее, заключалась в изучении кристаллов, близких посвоим химическим формулам и симметрии к материалам, известных своимихорошими акустооптическими свойствами. Например, оптически двуосныйкристаллдвойногомолибдатасвинцаPb2MoO5долгоевремясчиталсяперспективным АО материалом и широко исследовался [85, 86], посколькублизок по химической формуле и особенностям выращивания к PbMoO4.Последний был синтезирован для целей и задач акустооптики с учетомрекомендаций D.
A. Pinnow [87]. Однако в этих рекомендациях не учитываласьрольакустическойанизотропии,тогдакаканомальномалаяскоростьраспространения сдвиговой волны в кристалле парателлурита TeO2 обусловиларекордно высокое значение коэффициента АО качества в 1200 общепринятыхединиц [88] (∙10-18 с3/г) для кристаллических материалов в видимом диапазонеоптического спектра. В настоящее время парателлурит нашел широкое-- 71 --применение в акустооптике и де-факто стал основным материалом для этойобласти науки и техники, тогда как кристаллы молибдата свинца PbMoO4потеряли свою актуальность для исследований.АО устройства для лазерной техники требуют не только увеличениястойкости к мощному оптическому излучению, но и расширения доступногоспектрального диапазона.
Управление ИК излучением c длиной волны более10 мкм требует применения сравнительно редко используемых в АО материалов,таких как германий или специфических стекол. Среди новых исследованийинтересны работы о кристаллическом теллуре [89] и соединениях цезия и ртути схлором, бромом и йодом [90]. Перечисленные материалы прозрачны до ~20 мкм,а Cs2HgI4 является оптически двуосным. Эти работы продолжают исследованиякристаллических соединений, содержащих ртуть, в качестве акустооптическихматериалов для ИК диапазона. Одним из первых результатов этого направлениябыло появление кристалла каломели Hg2Cl2 [91]. Одним из изученных в работематериалов является KLuW, который прозрачен до 5.5 мкм [25], что такжерасширяет доступный спектральный диапазон по сравнению с TeO2.Новой идеей поиска стало исследование акустических и фотоупругихсвойств лазерных кристаллов, которые известны своей высокой лучевойпрочностьюивкоторыхвсилусингониивозможнывсевариантыакустооптического взаимодействия – оптически двуосные кристаллическиесредах моноклинной и триклинной структуры.
В данной работе в качествеобъектов изучения были выбраны лазерные кристаллы семейства калийредкоземельных вольфраматов KRE(WO4)2, где RE = Gd, Yb и Lu. Некоторые извыбранных материалов, например калий гадолиниевый вольфрамат KGd(WO4)2,обладают очень высокими показателями оптической стойкости, заметнопревышающими значения для любых используемых в акустооптике материалов[3].
Также KGW может быть применен для детектирования ионизированногоизлучения, что послужило толчком к изучению двух-фотонного межмодовогорассеяния[92].ДлясозданияАОустройстванеобходимоопределитьоптимальную геометрию взаимодействия и рассчитать ее эффективность,-- 72 --используя оптические, акустические и фотоупругие свойства материала. Этаинформация для кристаллов KREW приведена в Главах 1 и 2, включаяизмеренные впервые скорости ультразвука, определенные константы жесткостиматериалов, и коэффициенты акустооптического качества M и фотоупругиемодули «изотропной» дифракции.Проведен анализ этих материалов с точки зрения их перспективности дляакустооптических применений. Изучены различные варианты построения АОмодуляторовидефлекторовнаихосновеивыбраныперспективныеконфигурации этих устройств.
Предложен новый тип оптического устройства,объединяющийфункциигенерациилазерногоизлученияиуправлениядобротностью резонатора.Кристалл KLuW, легированный ионами редкоземельных металлов (Nd, Er,Ho, Yb, Tm), можно использовать для генерации лазерного излучения с длинамиволн λ от ~0.85 до 2.9445 мкм, в зависимости от используемого источника светадля накачки [25, 93]. Другие кристаллы этого семейства также широкоиспользуются в лазерной технике, особенно кристалл KGW [19, 21, 24]. Егосинтез хорошо налажен во многих странах мира, а сам материал применяют какматрицу для легирующих элементов – ионов других редкоземельных металлов.Особый интерес представляет кристалл KYbW, поскольку имеет необходимыеэнергетические уровни переходов для использования в лазерной физике в чистомвиде [18, 33], без необходимости легирования.Проведенный анализ всевозможных геометрий взаимодействия позволилвыявить потенциально перспективные.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
