Диссертация (1104299), страница 11

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

Текст из файла (страница 11)

Буквой M нарисунке обозначена плоскость пьезопреобразователя, а буквой N – акустической пучок,который сносится на угол α относительно перпендикуляра к плоскости M.Рис. 2.15. Влияние знака сноса акустической энергии на характеристикиАО взаимодействия: схема АО ячейки (а) и соответствующая векторная диаграмма (б);схема АО ячейки, развернутой на 180 (в) и соответствующая векторная диаграмма (г).Рассмотрим случай, когда векторная диаграмма реализуется на относительнонизкой частоте ультразвука с волновым вектором K ' . Векторная диаграмма замыкаетсяпри помощи волнового вектора дифрагированного света k 1 и вектора фазовой расстройкиη , направленного перпендикулярно границам акустического пучка. Если не учитыватьсноса акустического пучка, то векторная диаграмма должна замыкаться векторомрасстройки η0 , направленным перпендикулярно вектору K ' .

Из рисунка видно, что вэтом случае вектор η короче, чем η0 .Это означает, что безразмерный вектор60расстройки R   ηl достигает граничного значения π при большей отстройке по частотеультразвука f от частоты синхронизма f 0 по сравнению со случаем   0 , т.е. частотныйдиапазон f  оказывается шире, чем f 0 .

Следовательно, учет сноса акустическойэнергииприводиткуширениючастотныххарактеристик,чтоподтверждаетсязависимостью B f на рис. 2.12,б: B f  1 в области низких частот.Если рассмотреть высокочастотную геометрию, когда волновой вектор звукаK ''  K ' , то ситуация меняется на противоположную: длина вектора η становитсябольше η0 ; следовательно, частотный диапазон сужается и B f  1 .При этом важно подчеркнуть, что рассмотренные векторные диаграммысоответствуют ветви +1e; для других ветвей ситуация будет принципиально другой.Мы рассмотрели вариант с отрицательным углом сноса акустической энергии.Легкозаметить,чтопростойразворотячейкивокругоси,перпендикулярнойпьезопреобразователю, меняет знак угла сноса, так как звук сносится уже вправо (рис.2.15,в). Рассмотрим векторные диаграммы для этого варианта в предположении, чтонеобыкновенно поляризованная световая волна падает на ячейку под тем же углом 0 .При этом надо учесть, что эллипс показателей преломления для е волны также зеркальноповорачивается.

Вследствие этого вектор ультразвука K 0 на частоте синхронизма должениметь меньшую длину, чем до поворота. Это означает, что та же ветвь частотнойзависимости углов Брэгга, т.е. ветвь +1e, уже не реализуется и векторная диаграмма будетсоответствовать другой ветви. Легко понять, что геометрии взаимодействия на рис. 2.15,би рис. 2.15,г совпадают друг с другом с точностью до отражения относительно плоскостиM и направления звука N. Следовательно, если на рис.

2.15,г направить звук впротиволожную сторону (т.е. сделать замену K на K ) и отразить по вертикали, тополучим геометрию взаимодействия, идентичную рис. 2.15,б. Поэтому можно утверждать,что геометрия взаимодействия на рис. 2.15,г, в случае положительного угла сноса α,соответствует ветви –1e для рис. 2.15,б для отрицательного сноса.Векторная диаграмма на рис. 2.15,г подтверждает этот факт. Так, при малыхчастотах ультразвука (вектор K ' ) длина η значительно превышает η0 , что приводит ккрайне сильному сужению диапазона АО взаимодействия.

Для этой ветви достигаетминимальное значение B f  0.065 , как видно из рис. 2.12,б.Таким образом,в изучаемой плоскости АО взаимодействия 1 1 0 кристаллапарателлурита из-за оптической анизотропии нельзя изучить влияние знака угла сносаакустической энергии на характеристики АО дифракции. Это можно было бы сделать в61плоскости кристалла [001], где вместо эллипса для е волны будет окружность. Но этолишено физического смысла, поскольку в данной плоскости отсутствует анизотропнаядифракция света.Основные результаты Главы 2В данной главе выполнен детальный анализ эффектов, обусловленных сносомакустического пучка. Поскольку такой анализ возможен только численным методом, тодля расчетов был выбран кристалл парателлурита, который наиболее широко применяетсяв настоящее время для создания АО приборов.Анализ выполнен для различных срезов кристалла в плоскости взаимодействия1 1 0 .

Рассчитаны угловые и частотные характеристики АО взаимодействия в широкомдиапазоне углов Брэгга и частот ультразвука для трех различных срезов кристалла иразных поляризаций подающего света. Для оценки влияния акустического сноса расчетпроведен для двух случаев: присутствия сноса акустической энергии и без него.Экспериментальная проверка результатов расчета, выполненная с АО ячейкой из 10.5 -госреза кристалла парателлурита, с высокой точностью подтвердила правильностьтеоретического анализа.Полученызависимостикоэффициентовуширениячастотногоиугловогодиапазонов АО взаимодействия от частоты ультразвука для четырех ветвей анизотропнойбрэгговскойдифракции,соответствующихрассеяниюсветасобыкновеннойинеобыкновенной поляризацией в дифракционные максимумы +1-го и –1-го порядков.

Врасчетах максимальное уширение диапазонов составило 2 раза, а минимальное – 0.059,что соответствует сужению диапазона работы в 17 раз. Это говорит о том, что влияниеакустического сноса не является пренебрежимо малым, и его необходимо учитывать приразработке АО приборов. Обнаружено, что коэффициенты уширения для угловых ичастотных диапазонов совпадают друг с другом, несмотря на существенное отличиеугловых и частотных характеристик. Найдены геометрии АО взаимодействия, прикоторых снос акустической энергии не оказывает влияния на характеристики АОвзаимодействия.

Дано качественное объяснение влияние акустического сноса с помощьювекторных диаграмм.62ГЛАВА 3. ОСОБЕННОСТИ АКУСТООПТИЧЕСКОГО ВЗАИМОДЕЙСТВИЯВ КРИСТАЛЛЕ ТЕЛЛУРАВ предыдущей главе было показано, что кристалл парателлурита не подходит дляизучения влияния знака акустического сноса на характеристики АО дифракции. Поэтомубыла поставлена задача найти подходящий кристалл, и в результате выбор остановился накристалле теллура по ряду причин. Во-первых, в отличие от парателлурита,принадлежащего к тетрагональному классу 422, теллур относится к тригональному классу32.

Более низкая симметрия кристалла определяет большее разнообразие физическихэффектов и, в частности, наличие АО эффекта в кристаллофизической плоскости XY. Вовторых, теллур интересен для АО применений большими значениями АО качества, атакже тем, что он прозрачен в среднем и дальнем ИК диапазонах спектра, для которыхизвестно малое количество подходящих материалов.

Важным является также тообстоятельство, что в кристалле существует анизотропная дифракция.3.1. Физические свойства кристалла теллураПарателлурит, обладая несомненными преимуществами, как АО среда, являетсяосновным материалом для изготовления АО устройств, предназначенных для работы вУФ, видимом и ИК диапазонах от 0.35 до 5 мкм. Для работы в более длинноволновойобласти спектра необходимы материалы, во-первых, прозрачные в этом диапазоне, а вовторых, обладающие АО характеристиками, делающими интересным их практическоеприменение.

К сожалению, количество таких материалов очень невелико. Поэтому внастоящее время идет активный поиск новых материалов, которые дали бы возможностьсоздания эффективных АО устройств в недоступных ранее областях электромагнитногоспектра.Одним из таких материалов является теллур [14,17,18,138-142]. Он прозрачен вобласти от 4 до 20 мкм, что является крайне перспективным диапазоном для созданияустройств управления излучением квантово-каскадных лазеров, коммерческие моделикоторых разработаны именно на этот диапазон. Теллур обладает очень большимдвулучепреломлением: No = 4.8 и Ne = 6.25 на длине волны λ = 10.6 мкм. Такое большоеразличие коэффициентов преломления приводит, как к положительным эффектам, так иотрицательным. Во-первых, френелевское отражение от входной грани кристалла можетдостигать 52% для необыкновенной волны, и 43% – для обыкновенной.

Это делаетнеобходимым использование просветляющих покрытий при изготовлении АО устройств.Большие значения углов Брюстера и малые углы полного внутренного отражения создают63дополнительные проблемы при проектировании устройств. Как серьезный недостатокматериала, можно отметить его малую прозрачность, особенно для необыкновеннополяризованных волн в области 10 мкм [142].Температураплавлениякристаллаt = 452° С,аплотность  6.25 г/см3.Существует две модификации кристалла: левая D34 и правая D36 [14]. В данной работерассматривается только левая модификация.Повышенный интерес к этому материалу появился после работы [141], гдепоказано, что АО качество теллура может достигать M  500 1015 с3/г. Но хотя в работах[17,18] показано, что АО качество в действительности не превышает M  160 1015 с3/г,этот показатель все равно в 100 раз превышает АО качество парателлурита. Поэтомуимеются все основания рассматривать этот кристалл как один из наиболее перспективныхматериалов для акустооптики и ее применений в среднем и дальнем ИК диапазонах.С другой стороны, изучение АО эффекта в данном материале имеет также большойобщефизический,академическийинтерес.Кристаллтеллураобладаетбольшойанизотропией как оптических, так и акустических свойств.

Акустическая анизотропияпроявляется в сложной структуре акустических мод и поверхностей медленностей. Всочетании с сильной оптической анизотропией это позволяет реализовывать недоступныеранее геометрии взаимодействия света и звука.3.2. Акустические волны в кристалле теллураАкустические свойства кристалла определяются шестью различными упругимикоэффициентами.

В матричной форме упругий тензор имеет вид [143]:c 9.428.8  14.300  37.637.6 28.8  14.300  9.4 28.828.8 78.5000  10  10 дин/см 2035.500   14.3  14.3 000035.5  14.3  0000 14.3 14.1 (3.1)Расчет скоростей звука для разных направлений волновой нормали m былпроизведен по стандартной методике на основе уравнений Кристоффеля (2.1). Былинайдены скорости звука для всех трех акустических мод и рассчитаны поверхностимедленностей.На рис.

3.1 представлены сечения поверхности медленностей тремя плоскостямикристалла: XY (а), YZ (б) и плоскостью XZ  5 (в), повернутой вокруг оси Z на угол 5 .Анализ проведен только для медленных акустических мод, которые дают наибольшую64Рис. 3.1,а. Сечение поверхности медленностей плоскостью XY.Рис. 3.1,б. Сечение поверхности медленностей плоскостью YZ.65Рис.

Характеристики

Список файлов диссертации