Диссертация (1104299), страница 18

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

Текст из файла (страница 18)

Так при длине одной секции l  0.05 см описанная область синхронизма сливается срасщепленными нижними ветвями синхронизма, образуя протяженную по углу падания ипо частоте ультразвука область синхронизма (рис.5.6,в). Поэтому, если выбрать рабочуюточку АО устройства в этой области, то эффективность дифракции становится малочувствительной к изменению угла падения света или частоты ультразвука.При дальнейшем уменьшении длины излучателя до l  0.03 см ветвь синхронизма+1e расщепляется на три различные ветви (рис.

5.6, г). Заметим, что векторная диаграммана рис. 5.7 соответствует как раз этому случаю.Отдельно необходимо обсудить частотный диапазон, в котором рассчитаныпредставленные результаты. Эффективность АО взаимодействия на рис. 5.6 и далеерассчитана для всех частот ультразвукаf  0  300МГц. В действительности,рассматривать АО взаимодействие в режиме дифракции Брэгга при крайне малых104частотах f  1 МГц является физически неверным. На практике используются частотыбольше f  5  10 МГц. Поэтому представленные результаты на малых частот приведеныисключительно из наглядности, для более полного понимания физических явлений,возникающих при рассмотрении дифракции света на подобных структурах.5.5. Дифракция неполяризованного света в кристалле парателлуритаКак было показано выше, при определенном подборе параметров АО ячейки с ФРПстановится возможным найти область углов падения света 0 и частот ультразвука f, вкоторой наблюдается дифракция как e–волны, так и o–волны в один порядок дифракции сэффективность, достаточной высокой для практических применений.Для определения этих областей были построены зависимости эффективности АОдифракции  во всей области углов падения света и частот ультразвука для двух ветвей+1e и +1o одновременно.

Параллельно исследовались и две другие ветви–1e и –1o,также подходящие для этой цели. Расчет эффективности дифракции был выполнен припомощи выражений (5.3), (5.6), (5.7). Для каждой ветви дифракции была использованасоответствующая фазовая расстройка (5.7).На рис. 5.8 представлены области вблизи оптимальных углов падения света опт ичастот ультразвука, в которых наблюдается АО взаимодействие с эффективностью неменее 50%. Как и ранее, по оси абсцисс отложены частоты ультразвука f,а по осиординат – углы падения света 0 . Темно-синий цвет соответствует эффективностидифракции менее 50%. Голубой цвет соответствует дифракции e–волны в +1-й порядок сэффективностью не менее 50%. Желтый цвет – дифракции o–волны в +1-й порядок сэффективностью не менее 50%.

Красный цвет обозначает пересечение голубой и желтойобластей; в красной области неполяризованный цвет дифрагирует с эффективностью неменее 50%.Рис. 5.8,а рассчитан для ФРП со следующими параметрами: l  0.04 см, a  0.01 см,N  4 . Возникает широкая область пересечения при низких частотах ультразвука, котораяпотом сужается и простирается до 180 МГц.

В этой области оптимальный угол падениясвета опт практически линейно зависит от частоты ультразвука f. При l  0.04 см(рис.5.8,б)областьпересеченияразбиваетсянадвечасти:низкочастотнуюивысокочастотную. Высокочастотная область может быть использована для созданиямодулятора неполяризованного света.105(а)(б)Рис. 5.8.

Эффективность АО дифракции с маской по уровню 50%.Параметры ФРП: l  0.04 см (а), l  0.03 см (б); a  0.01 см, N  4 .106Рис. 5.9. Угловая характеристика АО взаимодействия на частоте ультразвукаf  120 МГц. Параметры ФРП: l  0.04 см, a  0.01 см, N  4 .Более наглядно полученный результат демонстрирует рис. 5.9. Здесь представленыугловые характеристики АО взаимодействия для частоты ультразвукаf  120 МГц,соответствующие рис. 5.8,а.

Сплошные линии 1 и 2 показывают угловые характеристики вслучае однородного преобразователя с длиной L  0.5 см; они даны здесь для сравнения.Кривые 1 и 3 соответствуют дифракции e–волны в +1-й порядок, а 2 и 4 – дифракции o–волны тоже в +1-й порядок. Кривые 3 и 4 относятся к расщепленным максимумам,возникающим при возбуждении ультразвука при помощи ФРП с параметрами l  0.04 см,a  0.01 см, N  4 . Видно, что боковые максимумы оптимальных углов падения для волнразличнойполяризациипрактическиполностьюсовпадают.примененийважнымУгловаяширинахарактеристики составляет   0.1 .Сточкизренияпрактическихявляетсявопросомаксимальной эффективности дифракции в АО ячейке с ФРП.

В акустическом поле,создаваемом ФРП, ни при каком угле падения света не выполняется условие синхронизмадля дифрагированных волн. Вследствие этого, при значении параметре Рамана-Ната*   / N для каждой секции преобразователя эффективность дифракции достигает всеголишь 87%. Для достижения   100% необходимо увеличить акустическую мощность так,чтобы параметр Рамана-Ната стал равным *  1.2   / N .Рассмотрим, каким образом частотный диапазон дифракции неполяризованного107света зависит от размеров секций преобразователя.

На рис. 5.10 представлена полнаяширина угловых характеристик дифракции (т.е. красных областей на рис. 5.8) для частотультразвука в диапазоне до 300 МГц. Сплошная линия соответствует дифракции в +1-йпорядок, а штриховая – в –1-й. Кривая 1 соответствует дифракции света в акустическомполе, создаваемом ФРП с a  0.01 см, N  4 , l  0.03 см. Как мы видим, для длины секциипреобразователя l  0.03 интересующая нас область находится в диапазоне частот от 120МГц до 250 МГц, ее угловая ширина достаточно мала и сначала линейно растет приувеличении частоты до 0.1 и затем линейно уменьшается. Такой вид зависимости легкопонять из рис. 5.8,б. Ветвь оптимальных углов +1e пересекается с ветвью +1o и меняетсяс ней местами при больших частотах ультразвука.Рис.

5.10. Ширина угловых характеристик в зависимости от частоты ультразвука.Сплошные кривые – дифракция неполяризованного света в +1-й порядок,пунктирные – в –1-й. Параметры ФРП: a  0.01 см, N  4 , l  0.03 см (кривая 1),l  0.04 см (кривая 2), l  0.05 см (кривая 3), l  0.06 см (кривая 4).Кривые 2, 3, 4 относятся к различным длинам секции пьезопреобразователяl  0.04 см, l  0.05 см, l  0.06 см, соответственно. При длине секции l  0.04 смреализуются чрезвычайно широкий диапазон частот, в которой наблюдается областьмодуляторной геометрии для неполяризованного света, от крайне малых частот и вплотьдо 180 МГц. При увеличении длины секции область пересечения оптимальных углов дляразличных ветвей, +1e и +1o, уменьшается и реализуется все в меньшем диапазоне частоти исчезает уже при длине секции пьезопреобразователя l  0.07 см.108Необходимо обсудить влияние различных параметров на характеристики областидифракции неполяризованного света.Количество секций преобразователя N влияет на общую длину АО взаимодействия,поэтому увеличение N приводит к увеличению селективности взаимодействия.

ДиапазонАО взаимодействия сужается, следовательно, области оптимальных углов для волнразличной поляризации пересекаются в меньшем диапазоне углов и частот. Впредставленных результатах N равнялось 4. Возможно увеличение этого параметра внесколько раз, область дифракции неполяризованного света будет наблюдаться и в этомслучае, но угловой диапазон будет сужаться. Значение N = 4 было использовано дляконкретизации расчетов.Зазор между секциями a и длина отдельной секции l влияют на общий периодструктуры s, который, в свою очередь, является определяющим фактором для угларасщепления звука   V 2sf . Поэтому, чем меньше s  l  a , тем больше областипересечения и области дифракции неполяризованного света.В рассмотренной плоскости АО взаимодействия 1 1 0 угол среза кристаллаварьировался в наиболее часто используемом диапазоне   0  10 .

Срезы   0характеризуются большой расходимостью звука и простой зависимостью углов Брэгга отчастоты. При возбуждении ультразвука столь малыми секциями пьезопреобразователяструктура акустического поля будет крайне сложна (рис. 2.3) и наша аппроксимация ссколлимированнымистолбамиультразвукабудетнесправедливой.Поэтомупредпочтительнее использовать косые срезы.Появляющийся снос акустической энергии, характеризуемый углом наклонаштрихов фазовой решетки  , имеет двоякое влияние. С одной стороны, вместо полногопериодаструктурынеобходимоиспользоватьэффективныйпериодs*  s cos  .Эффективный период s * тем меньше, чем больше угол сноса  . С другой стороны, какбыло показано в Главе 2, снос акустической энергии при малых частотах в даннойплоскости приводит к сужению диапазона АО взаимодействия ( B f  1 ).

Характеристики

Список файлов диссертации