Диссертация (1103331), страница 13

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

Текст из файла (страница 13)

При коллинеарной дифракции в плоскости NpNg будет происходитьповорот поляризации света (по вектору E) от оси Np к плоскости NmNg, которыйобусловлен компонентами ∆B5 и ∆B6 (см. Главу 2.2 и выражение 3.4).-- 87 --Ng2π nm/λ2π np/λNp2π nm/λРис. 3.8. Диаграммаволновых2π ng/λвекторов коллинеарноговзаимодействиявплоскости NpNg , k– волновой вектор света в вакууме, K– волновойвектор ультразвука. (иллюстрации из работы [109])При коллинеарном АО взаимодействии вдоль оси Ng возможна дифракциятолько на быстрой (чистой) сдвиговой моде с изменением поляризации света отNp к Nm и задается компонентой ∆B6 . Другие две волны не дают нужнуюдеформацию индикатрисы для такой дифракции.

S-мода имеет скоростьраспространения 2.750 км/с в кристалле KYbW и поляризационную компонентувдоль оси Np. В такой конфигурации АО взаимодействия ∆B6 = p64*, анеобходимая частота ультразвука 190 МГц.Коллинеарное взаимодействие вдоль оси Np возможно только на чистойпродольной волне, поскольку дифракция с изменением поляризации от Nm к Ngзадается компонентой ∆B5 . Остальные акустические моды имеют поляризации вплоскости NmNg и соответственно ненулевые компоненты матрицы деформации S4и S6, которые не участвуют в компоненте ∆B5 деформации оптическойиндикатрисы.

L-мода имеет скорость распространения 4.898 км/с в KYbW и втакой геометрии ∆B5 = p52 , а необходимая частота ультразвука превышает 360МГц.-- 88 -Коллинеарная дифракция300MHz250Быстрая сдвиговая мода200150Оптическая ось350Продольная мода10050Медленная сдвиговая мода0022.5Ng45Угол от оси67.590NpРис. 3.9.

Частота коллинеарной дифракции f(θ) при взаимодействии в плоскостиNpNg для кристалла KYbW при λ = 632.8 нм.В плоскости NpNg во внеосевых направлениях, возможна дифракция светана любой акустической моде ультразвука. При этом эффективный фотоупругиймодуль существенно зависит от выбранной конфигурации АО взаимодействия(3.4).Рис. 3.10.

Принципиальная схема перестраиваемого акустооптического фильтрана KYb(WO4)2 .Анализ показал, что АО взаимодействие вдоль оси Ng характеризуетсянаиболее реалистичными параметрами, один из которых – частота, необходимаядля фазового синхронизма. Перестраиваемый АО фильтр в этой геометрии (см.-- 89 --Рис. 3.10) имеет снос акустического пучка, как и коллинеарный фильтр на α-SiO2[110].Полоса пропускания, ÅПолоса пропускания при длине взаимодействия 1см3020100022.545Угол,Ng67.590ϴОNpРис. 3.11. Полоса пропускания δλ при коллинеарном взаимодействии вплоскости NpNg для кристалла KYbW, при длинен взаимодействияL = 1 см.На Рис.

3.11 приведена зависимость полосы пропускания ∂λ коллинеарногофильтра на KYbW при длине взаимодействия 1.0 см по уровню -3 дБ,рассчитаннойпоформуле,описывающейзависимостьотвеличины2двулучепреломления материала δ() = 0.8 ∙ �δn(). Видно (см Рис. 3.9), чтовзаимодействие вблизи оптической оси дает заметное снижение частотыультразвука,необходимойдляфазовогосинхронизма,иобеспечиваетзначительное увеличении полосы пропускания.При длине взаимодействия 1 см (см.

Рис. 3.11) фильтр будет иметь полосуoпропускания в λ = 7.4 A . С учетом малого затухания ультразвука, не более3 дБ/см для сдвиговой моды при частотах 75 – 100 МГц, полоса пропусканияможет быть сужена в несколько раз пропорциональным увеличением длины АОвзаимодействия. Сравнение характеристик подобных [111] акустооптических-- 90 --коллинеарных фильтров на кристаллах семейства KRE(WO4)2, где RE = Gd, Yb,Lu, для длины волны λ = 0.633 нм приведено в Таблице 3.3.Таблица 3.3. Сравнениехарактеристикакустооптическихколлинеарныхфильтров на кристаллах семейства KRE(WO4)2f, МГц∂λ, ÅKGd(WO4)2 150 МГц 10.5 ÅKYb(WO4)2 190 МГц7.4 ÅKLu(WO4)2 170 МГц8.3 ÅСреди исследованных материалов, лучшее спектральное разрешениеδλ ∼ 1/∆n возможно получить на кристалле KYbW, что связано с большейвеличиной двулучепреломления ∆n = np – nm.-- 91 --3.6 Результаты работы, изложенной в Главе 31.Испытан новый акустооптический модулятор для неполяризованногоизлучения на кристалле KGd(WO4)2, показавший близкую к 100%эффективностьмодуляции,испособныйвыдерживатьоптическоеизлучение высокой мощности.

Показано, что аналогичный модулятор накристаллеKLu(WO4)2обеспечиваетпрактическиодинаковуюэффективность дифракции обеих оптических мод и на его основе возможносоздание поляризационно не чувствительного модулятора.2.Показано, что кристаллы KGd(WO4)2 , KYb(WO4)2 и KLu(WO4)2 позволяютсоздать классические АО устройства, обеспечивающие высокую лучевуюстойкость. Что позволяет заменить кварц SiO2 во многих областяхакустооптики, где он используется.3.Проведен анализ возможности создания АО дефлектора, способногоработать с неколлимированными пучками (угловая апертура входящего вустройство света до 2○).

Это позволяет работать в перетяжке гауссовогопучка, что позволяет минимизировать время переключения до 20 нс, а такжеотклонять пучки, переносящие изображения.4.Благодаря сочетанию в одном материале лазерных и акустооптическихсвойствпредложенообъединитьфункциигенерацииизлучениямодуляции добротности лазера в одном функциональном элементе.и-- 92 --Заключение1.Для кристаллов семейства KRE(WO4)2 , где RE = Gd, Yb и Lu, измереныскоростираспространениявсехакустическихмодвразличныхнаправлениях.

По этим данным определены упругие характеристикиматериалов. Исследована анизотропия акустических свойств каждогокристалла. Проведено сравнение материалов и показано, что KLu(WO4)2имеет наибольший диапазон скоростей распространения, от 1711 м/с длясдвиговых волн до 5242 м/с для продольных. Также показано, чтонаибольшее отличие поверхности медленности от сферы характерно длятого же материала. Традиционно, выраженная анизотропия акустическихсвойств характерна для эффективных акустооптических материалов.2.Фотоупругие свойства кристаллов KRE(WO4)2 изучены для случаяизотропнойдифракции(ссохранениемполяризацииоптическогоизлучения) впервые. Определены все характеристики, необходимые длячисленного определения параметров акустооптического взаимодействия вслучае изотропной дифракции, и для качественной оценки – в случаеанизотропной дифракции (с поворотом плоскости поляризации света).Максимальноезначениекоэффициентаакустооптическогокачествасоставило 19∙10-15 с3/кг для кристалла KGd(WO4)2 при дифракции света споляризацией вдоль оси Ng и сдвиговой моды звука, распространяющейсявдоль оси Ng с поляризацией вдоль Nm.

Величина более чем на порядокпревосходит коэффициент качества кварца, и менее чем в два раза уступаетакустооптическомукачествупарателлурита(оксидателлура)приизотропной дифракции.3.Показано, что кристаллы KRE(WO4)2 являются материалами, подходящимидля создания эффективных акустооптических устройств. Предложен, создани испытан новый акустооптический модулятор для неполяризованного-- 93 --излучения на кристалле KGd(WO4)2, показавший близкую к 100%эффективность модуляции, и способный управлять оптическим излучениемвысокой мощности.

Исследована возможность создания новых типовустройств, обеспечивающих большую угловую апертуру (~ 2○), малое времяпереключения (до 20 нс), слабую чувствительность к поляризации.-- 94 --ПриложениеДля задач акустооптики представляют интерес значения коэффициента АОкачества M для геометрий взаимодействия в базовых направлениях, совпадающихс осями оптической индикатрисы Nm, Np и Ng. В кристаллах симметрии 2/m ось Npсовпадает с осью симметрии второго порядка Y кристаллофизической системыкоординат, а оси NmNp и XZ образуют между собой угол α. Благодаря симметриикристалла, при повороте базиса вокруг оси Y не возникают новые ненулевыечлены в матричном представлении тензоров жесткости cαβ и фотоупругости pαβ.Благодаря чему оказывается удобным представить матрицу упругих констант вбазисе осей оптической индикатрисы cαβ* с помощью преобразования cαβ* = M•cαβ•MT,где M – матрица поворота, в данном случае вокруг оси Y, имеет стандартный вид: cos 2 αααα−2 cos 2 sin 20sin 200 0100002222 sin αααα0cos02 cos sin0 M =αα000cos0sin (П1) cos ααααααsin0 − cos sin0cos 2 − sin 20 −αα000sin0cosпри отсчете угла от оси Z в направлении оси X.Парадоксальным образом для упругих характеристик оси оптическойиндикатрисы оказываются ближе к осям симметрии, чем кристаллофизическаясистема координат.

Что хорошо видно из угловых диаграмм скоростей звука (см.Рис. 1.6, Рис. 1.7 и Рис. 1.8), а также сравнивая ориентацию векторов поляризациив обоих базисов для одного направления распространения звука.Таким образом, переход к осям диэлектрической системы координат(оптическойиндикатрисы)позволяетрассматриватьинтересующиенаснаправления распространения акустических волн как базисные, а значения угловполяризации таковы, что акустические моды можно считать чистым.-- 95 --Таблица П.1.

Поляризации акустических мод в базисах XYZ и NmNpNg кристаллалениеНаправKYbW, угол между осями α = 18○.Направление в осях Поляризация звука в В осях Поляризация звукаXYZXYZNmNpNg в NmNpNgNm(0.9511, 0, -0.3090)(-0.9429, 0, 0.3331)(1 0 0)(0.9997, 0, -0.0254)Ng(0.3090, 0, 0.9511)(0.9681, 0, -0.2506)(0 0 1)(-0.9981, 0, -0.0608)(0.2506, 0, 0.9681)(-0.0608, 0, 0.9981)Таблица П.2. Поляризации акустических мод в базисах XYZ и NmNpNg кристаллалениеНаправKLuW, угол между осями α = 17○.Направление в осях Поляризация звука в В осях Поляризация звукаXYZXYZNmNpNg в NmNpNgNm(0.9563, 0, -0.2924)(0.9447, 0, -0.3279)(1 0 0)(-0.9993, 0, 0.0373)Ng(0.2924, 0, 0.9563)(0.9713, 0, -0.2379)(0 0 1)(-0.9984, 0, -0.0565)(0.2379, 0, 0.9713)(-0.0565, 0, 0.9984)В этом случае можно найти значения фотоупругих модулей pαβ* в повернутойсистеме координат: pαβ* = M•pαβ•MT. Из-за того, что матрица фотоупругих модулей недиагональна, после преобразования каждый член повернутой матрицы включает в себя до 8дополнительных членов из исходной матрицы.

Характеристики

Список файлов диссертации