Диссертация (1104299), страница 19

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

Текст из файла (страница 19)

Поэтому провестикачественные оценки крайне сложно, и данная задача решалась путем расчетаэффективности АО взаимодействия во всем диапазоне углов падения света и частотультразвука при помощи модифицированных уравнений Рамана-Ната.При рассмотрении срезов кристалла   4 минимальная частота, при которойнаблюдается дифракция e-волны в +1-й порядок, т.е. область тангенциальной геометрии,смещается в сторону высоких частот ультразвука. Значит, для того, чтобы уголрасщепления волнового вектора звука оказался достаточно большим при высоких109частотах ультразвука, необходимо использовать малые размеры отдельной секциипьезопреобразователя l .

Поэтому исследованный срез   2 можно рассматривать какблизкий к оптимальному.Отдельно необходимо указать на влияние оптическое активности кристаллапарателлурита. Во-первых, оптическая активность приводит к большему разнообразиючастотных зависимостей угла Брэгга. Оптимальные углы падения при рассмотрениидифракции e- и o-волн также сильно меняются. Во-вторых, оптическая активностьприводит к увеличению расстояния между ветвями дифракции по углу падения света илипо частоте ультразвука.

Это приводит к тому, что угол между эквивалентными волновымифронтами ультразвука   V 2sf должен быть достаточно велик для возникновенияобласти дифракции неполяризованного света. Поэтому были использованы столь малыезначения s .5.6. Дифракция неполяризованного света в кристалле ниобата литияОсновным препятствием для создания устройств управления неполяризованнымсветом в парателлурите является его оптическая активность. Необходимо использоватькрайне малый период ФРП s  l  a для получения области дифракции неполяризованногосвета. Рассмотрим АО взаимодействие в ячейке с ФРП на примере кристалла, который необладает оптической активностью.Одним и таких кристаллов является ниобат лития (LiNbO3), который имеет многоперспектив с практической точки зрения разработки АО устройств.

Как было указано вп. 5.1, кристалл обладает собственным пьезоэффектом. Поэтому возможно возбуждениезвука в нем без использования внешного пьезопреобразователя, а при помощи системыэлектродов, напыленных на его поверхности (встречно-штыревой преобразователь). Болеетого, это упрощает создание ФРП в такой ячейке. К сожалению, ниобат лития неотличается высоким значением АО качества [165]. Но описанные особенности кристалладелают его крайне интересным для рассмотрения и возможного использования в АОустройствах.Рассмотрим АО взаимодействие в кристалле ниобата лития, в которомакустическое поле возбуждается при помощи ФРП. Для анализа была выбранакристаллографическая плоскость YZ в качестве плоскости взаимодействия света иультразвукаи триразличныхнаправления волновой нормалиультразвукаm:a  80 , a  85 и a  89 . Срез a  90 обладает крайне тривиальными частотнымизависимостями угла Брэгга и не представляет интереса для рассмотрения.

Скорости звука110и углы сноса приведены в Табл. 5.1. Отметим, что данный кристалл является оптическиотрицательным: N o  2.237 и N e  2.155 . Методика расчета была такой же, как и в случаекристалла парателлурита.Направление звука, град.Скорость звука, см/c Угол сноса, град.804.09 см с4.3854.05 см с5.6904.03 см с6.8Табл. 5.1На рис. 5.11 изображены области АО взаимодействия.

Как и раньше, по осиабсцисс отложена частота ультразвука f , по оси ординат – угол падения света 0 .Голубой цвет соответствует областям, где наблюдается дифракция e–волны сэффективностью не менее 50%, а желтый – o–волны. Красный цвет соответствуетобластям, в которых наблюдается дифракция неполяризованного света с эффективностьюболее 50%. Порядок дифракции может быть +1-й или –1-й.Область АО взаимодействия для среза a  89 на рис. 5.11,а показывает, чтообласть дифракции неполяризованного света возникает при намного больших размерахсекций пьезопреобразователя, чем в случае кристалла парателлурита. Частотныезависимости углов Брэгга расположены настолько близко, что уже при небольшом углемежду эквивалентными волновыми фронтами ультразвукавозникает областьпересечения оптимальных углов падения для различных поляризаций света.

ПараметрыФРП для этого варианта: длина секции l  1.0 см, зазора a  0.01 см, число секций N  3 .При таком периоде структуры область дифракции неполяризованного света находитсяуже в высокочастотной области и простирается от 190 МГц до 330 МГц. Максимальнаяширина угловой характеристики составляет 0.02 . Кроме того, возникает областьтангенциальной геометрии для неполяризованного света, которая наблюдается причастоте ультразвука f  8.0 МГц и угле падения света примерно  0  1 .

Ширина угловойхарактеристики здесь составляет   0.5 .ПодборомпараметровФРПстановитсявозможнымреализоватьбольшоеразнообразие пересечений областей оптимальных углов для различных поляризацийсвета.111Рис. 5.11,а. Эффективность АО дифракции с маской по уровню 50% в кристаллениобата лития с a  89 . Параметры ФРП: l  1.0 см, a  0.01 см, N  3 .Рис. 5.11,б. Эффективность АО дифракции с маской по уровню 50% в кристаллениобата лития с a  89 . Параметры ФРП: l  0.2 см, a  0.01 см, N  4 .112Рис. 5.11,в.

Эффективность АО дифракции с маской по уровню 50% в кристаллениобата лития с a  85 . Параметры ФРП: l  0.07 см, a  0.01 см, N  8 .Рис. 5.11,г. Эффективность АО дифракции с маской по уровню 50% в кристаллениобата лития с a  80 . Параметры ФРП: l  0.05 см, a  0.01 см, N  8 .113Так при рассмотрении дифракции в –1-й порядок и параметрах l  0.2 см,a  0.01 см,N  4 (рис.

5.11,б) возникает крайне широкая область дефлекторнойгеометрии при угле падения света 0  0.73 . Соответствующая частотная характеристикаАО взаимодействия представлена на рис. 5.12. Частотный диапазон оказался равенf  107 МГц в диапазоне от 44 МГц до 151 МГц. Это значит, что при использовании АОячейки с ФРП указанных параметров можно создать широкополосный дефлекторнеполяризованного излучения.Еще один интересный вариант показывает рис. 5.11,в, где расчет выполнен длясреза a  85 и ФРП с параметрами l  0.07 см, a  0.01 см, N  8 . Здесь существуетобластьдифракциинеполяризованногосвета,перекрывающаявесьдиапазонрассматриваемых частот.

В этой области, оптимальный угол падения îïòдлянеполяризованного света (красная область) линейно зависит от частоты ультразвука f .При таких параметрах ФРП на любой частоте может быть найдена область, в которойнеполяризованный свет может испытывать дифракцию с эффективностью, равной 100%.Интерес представляет также область тангенциальной геометрии при 0  5 .

Ширинаугловой характеристики здесь равна   1.1 на частоте ультразвука f  29 МГц.Область АО взаимодействия для a  80 представлена на рис. 5.11, г. Для данноговарианта частотные зависимости углов Брэгга для волн различной поляризации лежатдалеко друг от друга и не имеют каких-либо общих точек ни при каких частотахультразвука или углах падения света. Но при возбуждении ультразвука ФРП спараметрами l  0.05 см, a  0.01 см, N  8 , вблизи оптической оси кристалла возникаетдополнительная область синхронизма, описанная в п. 5.5. Благодаря этой дополнительнойобласти синхронизма, возникает крайне широкая область тангенциальной геометрии, вкоторой наблюдается дифракция неполяризованного света.

Угловая характеристика длячастоты ультразвукаf  18.5 МГц показана на рис. 5.13. Значения на кривой 2,описывающей дифракцию o–волны в +1-й порядок для однородного преобразователя,равны нулю при всех углах падения, так как при этом условие фазового синхронизма невыполняется.НопривозбужденииультразвукаспомощьюФРПвозникаетдополнительная область синхронизма – кривая 4. При углах падения света близких к 0  10 дифракция оптических волн обеих поляризацией достигает максимума; ширинауглового диапазона равнаэффективного видео-фильтра.  1.6 .

Данное значение достаточно для создания114Рис. 5.12. Частотная характеристика АО взаимодействия при угле падения света0  0.73 . Параметры ФРП: l  0.2 см, a  0.01 см, N  4 .Рис. 5.13. Угловая характеристика АО взаимодействия при частоте ультразвукаf  18.5 МГц. Параметры ФРП: l  0.05 см, a  0.01 см, N  8 .115Основные результаты Главы 5Разработанный в диссертации подход к решению АО задач был применен к расчетувзаимодействия световых волн с акустическим полем, обладающим пространственнойпериодической неоднородностью, например, создаваемым в АО среде при помощи ФРПсо сдвигом фазы π.

Были получены аналитические выражения, позволяющие рассчитатьдифракционный спектр на выходе из такой системы.Показано, что в такой системе происходит расщепление частотный зависимостейуглов Брэгга и появляются оптимальные углы падения света, при которых можнополучить 100%-ную перекачку света в дифракционный порядок. Обнаружено появлениедополнительной области АО синхронизма при углах падения света близи оптической осикристалла,запрещеннойпривозбужденииультразвукаоднороднымпьезопреобразователем. Исследовано влияние параметров ФРП и среза анизотропногокристалла на частотные зависимости оптимальных углов падения света. Установлено, чтопри определенных параметрах обе компоненты неполяризованного света испытываютдифракцию в один порядок, причем эффективность дифракции может достигать 100%.Этим открываются перспективы для разработки АО приборов нового типа для управлениянеполяризованным излучением.116ЗАКЛЮЧЕНИЕВ диссертационной работе проведены теоретические и экспериментальныеисследования особенностей АО взаимодействия в средах с сильной акустическойанизотропией.

Характеристики

Список файлов диссертации