Диссертация (1104299), страница 15

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

Текст из файла (страница 15)

Параметр Рамана-Ната в расчете был взят равным *   2 .Кривые 1 соответствуют варианту   54.6 , а кривые 2 –   0 .Случай рис. 4.2,а характеризуется очень низкой угловой селективностью. При  0 (штриховая кривая 2) угловой диапазон пропускания АО ячейки составляет0  2.5 (по уровню 3 дБ). Для сопоставления можно указать, что ширина угловогоспектра сильно сфокусированного гауссова пучка диаметром 0.1 мм равна лишь 0.2 . Изрисунка видно, что акустический снос сильно меняет форму, ширину и максимальноезначение передаточной функции (сплошная кривая 1). Диапазон пропускания ячейкираспадается на две области шириной   0.8 каждая.

Максимумы этих областейсовпадают с максимумами кривой 1; они соответствуют углам Брэгга. Но значенияпередаточной функции в этих максимумах заметно больше из-за большей длины путисвета в акустическом поле.На рис. 4.2,б мы также видим заметные отличия в передаточных функциях длявариантов наличия акустического сноса и его отсутствия. Хотя здесь обе передаточныефункции имеют sinc2-подобный вид, но они существенно (в 1.8 раза) отличаются помаксимальным значениям из-за различной длины пути света в акустическом поле, а такжепо ширине (в 1.73 раза) из-за изменения направления вектора расстройки, что согласуетсяс расчетами, представленными в п. 2.4.83(а)(б)Рис. 4.2. Передаточные функции АО ячейки из кристалла парателлуритана частотах ультразвука f  126.5 МГц (а) и f  273.3 МГц (б).84(а)(б)Рис. 4.3.

Передаточные функции АО ячейки из кристалла теллурана частотах ультразвука f  130.4 МГц (а) и f  133.3 МГц (б).85На рис. 4.3 изображены передаточные функции для среза С кристалла теллура.Расчет выполнен для следующих параметров:   10.6 мкм,l  1 см, *   10 , уголакустического сноса   44.8 . Рассмотрена дифракция падающей e–волны в +1-йпорядок на двух частотах ультразвука:f  130.4 МГц (рис. 4.3,а) и f  133.3 МГц(рис. 4.3,б).

Обе рабочие точки находятся близи тангенциальной геометрии t (рис. 3.4).Хотя здесь угол сноса имеет другой знак, качественно характер влияния акустическогосноса тот же, что и на рис. 4.2.Главным результатом выполненного анализа является вывод о том, чтоакустический снос может заметно менять как форму, так и числовые значенияпередаточной функции, что может существенно изменить структуру дифрагированногопучка. Например, если через АО ячейку из кристалла теллура пропустить несущийизображение световой пучок с угловым спектром 0  3.8 (это ширина передаточнойфункции 2 на рис.

4.3,а), то изображение в дифрагированном пучке в случае   0 былобы практически точным повторением исходного изображения. Однако в действительностииз-за акустического сноса будет работать передаточная функция 1. Это приведет к тому,что низкочастотные компоненты спектры будут ослаблены, а высокочастотныеподчеркнуты. Такое искажение углового спектра приведет к дифференцированиюизображения, дающему эффект оконтуривания: в выходном изображении будут хорошовыделены контуры отдельных деталей изображения.4.3. Интегральная эффективность дифракцииПрактически для всех АО устройств важной характеристикой является уровеньсветовых потерь, определяемый эффективностью дифракции. Теоретически в брэгговскомрежимепридостаточнойакустическоймощностиможнополучить100%-нуюэффективность дифракции (   1 ). Однако в эксперименте мы всегда получаем   1 . Дляэтого есть несколько причин, среди которых также и конечная ширина передаточнойфункции T i  , из-за чего разные компоненты углового спектра оптического сигналадифрагируют с разной эффективностью.

Для оценки этого эффекта введем такназываемую интегральную эффективность дифракции [3,9]:int  Pd Pi ,(4.7)гдеPi   U вх i diиPd   U d d dd –(4.8)мощности входного и выходного (в 1-м порядке дифракции) световых пучков86соответственно. Введенные выше передаточные функции, описывающие влияние АОячейки на каждую спектральную составляю пучка, позволяют рассчитать интегральнуюэффективность дифракции для любого варианта АО взаимодействия.В расчете предполагалось, что на АО ячейку падает сфокусированный гауссовпучок с радиусом перетяжки w.

Как и выше, рассмотрено два варианта:ячейка изпарателлурита с углом среза   10.5 и ячейка из теллура среза С. Для первого вариантабыли заданы параметры:   0.63 мкм, *   2 , w  0.1 мм (ширина углового спектра i  0.4 ). Для второго варианта:   10.6 мкм, *   10 , w  0.3 мм (ширина угловогоспектра  i  0.2 ). В обоих случаях расчет выполнен для ветви +1e. Предполагалось, чтоосевая компонента светового пучка падает на ячейку под углом Брэгга.Результаты расчета  int представлены на рис.

4.4 для кристалла парателлурита (а)и кристалла теллура (б). Как и выше, сплошная кривая 1 относится к случаю со сносомакустического пучка, а штриховая 2, – когда снос отсутствует. Для удобствасопоставления с частотными зависимостями углов Брэгга (рис. 2.6,б и 3.4) на графикахуказаны точки тангенциальной и дефлекторной геометрии (t и d). При этом надоучитывать, что нижние части кривых соответствуют высоким частотам ультразвука, аверхние части – низким частотам. Поэтому рабочие участки кривых (т.е. те, которыеиспользуются в АО приборах) располагаются выше дефлекторных точек d.Из графиков видно, что во всех случаях максимальная интегральная эффективностьдифракции достигается при углах  B , соответствующих тангенциальной геометрии t.Здесь ширина передаточных функций намного больше ширины углового спектрасветового пучка. Поэтому все компоненты спектра дифрагируют с максимальнойэффективностью.

Различия в максимальной величине  int обусловлены, как отмечалосьвыше, различной длиной пути света в акустическом поле при наличии сноса акустическойэнергии и без него. Малые значения  int на нижних участках кривых объясняются тем,что здесь, при высоких частотах ультразвука передаточные функции становятся настолькоузкими, что только небольшая часть пространственного спектра света испытываетэффективную дифракцию. В отличие от рис. 2.8 и 2.9, здесь точки пересечения кривых 1 и2 не говорят об отсутствии влияния акустического сноса.

Положение этих точек зависитот параметра * , т.е. от величины акустической мощности. Немонотонный характеркривой 1 на рис. 4.4,б также обусловлен этой же причиной.87(а)(б)Рис. 4.4. Интегральная эффективность дифракции  int гауссова пучкав зависимости от угла Брэгга  B для кристаллов парателлурита (а) и теллура (б).88Основные результаты Главы 4Изучено влияние акустического сноса на АО дифракцию светового пучка сограниченным пространственным спектром. При помощи спектрального метода былиполученыаналитическиевыражениядляпередаточнойфункцииАОячейки,характеризующей ее селективность в отношении пространственных частот, а также дляспектра дифрагированного пучка. Численный расчет выполнен для кристалловпарателлурита и теллура.

Показано, что в зависимости от положения рабочей точки начастотной зависимости угла Брэгга акустический снос может существенно менять какформу, так и числовые значения передаточной функции АО взаимодействия, что можетсоздавать искажения оптического изображения в дифрагированных пучках. Значенияпередаточной функции зависят также от знака угла сноса.Для выяснения практически важного вопроса световых потерь в АО устройствебыла рассчитана интегральная эффективность дифракции как отношение мощностейвыходного и входного световых пучков. Установлено, что акустический снос можетизменять интегральную эффективность дифракции как в большую, так и меньшуюсторону.89ГЛАВА 5.

АКУСТООПТИЧЕСКОЕ ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ В ПЕРИОДИЧЕСКИНЕОДНОРОДНОМ АКУСТИЧЕСКОМ ПОЛЕВыведенные в Главе 1 модифицированные уравнения Рамана-Ната позволяютрешать задачи АО взаимодействия не только в однородном акустическом поле. В данномразделе диссертации эти уравнения используются для расчета взаимодействия световыхволнсакустическимполем,обладающимпространственнойпериодическойнеоднородностью. Такое поле может возбуждаться излучателем в виде фазированнойрешетки пьезопреобразователей (ФРП). Первое устройство такого типа было описано вработе [149]. В работах [150-156] рассмотрены АО дефлекторы с ФРП и показано, что онидают возможность значительно увеличить частотный диапазон изотропной дифракции иблагодаря этому получить большее число разрешимых элементов.В настоящее время секционированные пьезопреобразователи широко применяютсяв прикладной акустооптике.

Их достоинством является то, что все секции преобразователяоказываютсявключеннымипоследовательно,чтозначительнооблегчаетзадачусогласования преобразователя с генератором электрических колебаний на высокихчастотах. Как еще одно достоинство рассматривается возможность управлять каждымизлучателем ультразвука по отдельности. В работах последних лет [157-159] показано, чтопри помощи ФРП и управления фазовой задержкой между соседними секциями можнозначительно улучшить характеристики АО устройств.

Характеристики

Список файлов диссертации