Диссертация (1104299), страница 9
Текст из файла (страница 9)
Везде сплошные кривые относятся к реальному кристаллу, аштриховые кривые – к варианту 0 . Расчет выполнен для ширины акустическогопучка l 0.7 см, что соответствует ширине пьезопреобразователя Ltr l cos 1.2 см вячейке, использованной в нашем эксперименте. Используя рис.
2.6,б, эти графики могутбыть пересчитаны в зависимостьf от центральной частотыf0диапазонавзаимодействия.Рис. 2.8,а соответствует ветви +1e на рис. 2.6,б. Ширина f резко возрастает приприближении к точке дефлекторной геометрии и достигает 16.6 МГц в точке d, в которойB 5.65 и f 0 253.5 МГц. Тангенциальная точка t никаких особенностей здесь недает. Из сравнения кривых видно, что акустический снос приводит в сужению частотногодиапазона АО взаимодействия в области углов Брэгга от 5.65 до 30.1 , но приB 30.1 ситуация становится обратной. В точке B 30.1 кривые пересекаются.Это означает, что здесь акустический снос не влияет на частотную характеристику.Для ветви –1о (рис. 2.6,б) падающий свет имеет обыкновенную поляризацию, адифрагированный – необыкновенную.
Частотные характеристики для этого варианта,показанные на рис. 2.8,б, заметно отличаются от рис. 2.8,а. Главное отличие заключаетсяв том, что эти характеристики не имеют столь сильно выраженного максимума в областидефлекторной геометрии (при B 0 ). Максимальное значение f и f 0 достигаетсядля B 0 , потому что в этой области кривая B f имеет минимальную крутизну. Но44Рис. 2.8,а. Ширина частотного диапазона в зависимости от угла Брэггадля ветви +1e анизотропной дифракции.Рис. 2.8,б. Ширина частотного диапазона в зависимости от угла Брэггадля ветви –1о анизотропной дифракции.45Рис.
2.8,в. Ширина частотного диапазона в зависимости от угла Брэггадля ветви –1e анизотропной дифракции.Рис. 2.8,г. Ширина частотного диапазона в зависимости от угла Брэггадля ветви +1о анизотропной дифракции.46частотный диапазон этой ветви уже, чем для +1e, поэтому ветвь –1o не используется в АОдефлекторах. Ширина частотной характеристики определяется в первую очередьрасходимостью акустическогопучка S V lf . Для углов B 0 (т.е. частотf 254 МГц) уменьшение частотного диапазона происходит в основном из-за ростачастоты f. А для углов B 0 определяющим фактором является увеличение длины АОвзаимодействия L0,1 l cos 0,1 на нисходящей ветви характеристики B f .
Вобласти B 28.2 снос уменьшает частотный диапазон, в то время как при B 28.2частотный диапазон f становится шире, чем f 0 .Похожие особенности наблюдаются на рис. 2.8,в,г, на которых представленычастотные дипазоны для ветвей –1е и +1o, соответственно. Для рис. 2.8, в f 20.4 МГцв области дефлекторной геометрии на частоте f 0 126.7 МГц. Положительные значенияуглов Брэгга приводят к тому, что длина АО взаимодействия возрастает. С другойстороны, вектор фазовой расстройки направлен таким образом, что его длина такжевозрастает. Два этих фактора приводят к тому, что для этих кривых различие в ширинедиапазона взаимодействия f и f 0 может составлять уже несколько раз. В отличие ответвей +1е и –1o ширина f значительно меньше f 0 для рассматриваемых ветвей вовсем расчетном диапазоне. Это значит, что акустическая анизотропия ведет к сужениючастотного диапазона АО взаимодействия.
Таким образом, при конструировании АОустройств с использованием данных ветвей необходимо ориентироваться на значительноболее узкие частотные диапазоны.Отметим, что спектральные характеристикирассчитываютсяизчастотныххарактеристик f ,в акустооптике обычноиспользуясоотношение: f f .2.3.2. Угловые характеристикиКак и в случае частотного диапазона, угловой диапазон определяется величиной инаправлением вектора расстройки R.
Для расчета углового диапазона надо задать частотуультразвука и длину волны света и измерять эффективность дифракции, меняя уголпадения. На рис. 2.9 представлены угловые характеристики для тех же рабочих точек, чтои на рис. 2.7. Видно, что угловая характеристика при B 14.5 имеет уплощеннуювершину, что характерно для тангенциальной геометрии. Однако, как и ранее, мы видимзаметное различие ширины угловой характеристики, рассчитанной с учетом и без учета47(а)(б)Рис.
2.9. Угловые характеристики для рабочих точекB 14.5 и f 0 = 126.3 МГц (а) и B 5.7 и f 0 = 265.0 МГц (б).Штриховые кривые – 0 , сплошные кривые – 54.6 .48Рис. 2.10,а. Ширина углового диапазона в зависимости от угла Брэггадля ветви +1e анизотропной дифракции.Рис. 2.10,б. Ширина углового диапазона в зависимости от угла Брэггадля ветви –1о анизотропной дифракции.49Рис. 2.10,в. Ширина углового диапазона в зависимости от угла Брэггадля ветви –1e анизотропной дифракции.Рис. 2.10,г. Ширина углового диапазона в зависимости от угла Брэггадля ветви +1o анизотропной дифракции.50акустического сноса. В первом случае 1.9 , а во втором – 0 2.2 .Коэффициент B 0 равен 0.86.Для другой рабочей точки имеет место противоположная, по сравнению с рис.
2.7,ситуация. Если раньше мы видели в области дефлекторной геометрии чрезвычайноширокую частотную характеристику, то угловая характеристика здесь имеет небольшуюширину: с учетом сноса – 0.02 , а без учета – 0 0.036 . Коэффициент B равен0.56 (сужение углового диапазона в 1.8 раза).Результаты расчета угловых диапазонов АО взаимодействия для среза кристаллапарателлурита 10.5 представлены на рис. 2.10. Зависимости B (сплошныекривые 1) и 0 B (штриховые кривые 2) рассчитаны для всех ветвей АОвзаимодействия. Точки тангенциальной геометрии t являются особенными, поскольку онисоответствуют чрезвычайно низкой угловой селективности.
Например, для ветви +1e(рис. 2.10, а) угловой диапазон здесь достигает величины 1.9 . Для ветвей –1е и+1o (рис. 2.10,в и 2.10,г) угловой диапазон в этих областях даже еще больше из-за низкихчастот ультразвука. Сравнение кривых 1 и 2 позволяет оценить влияние акустическогосноса.2.3.3. Экспериментальное исследование диапазоновакустооптического взаимодействияДля экспериментальной проверки теоретического анализа была проведена серияэкспериментов на установке, схема которой изображенной на рис.
2.11. Основным ееэлементом являлась АО ячейка (АОЯ). Ячейка была изготовлена из кристаллапарателлурита с углом среза 10.5 . Выбор этого среза был обусловлен также тем, чтоон часто используется при создании АО видеофильтров. Ячейка была оптимизирована дляработы в качестве видеофильтра, поэтому входная грань ячейки была сориентированаортогональна падающему световому пучку под уголом B 14.5 .
Геометрия ячейкипозволила менять углы Брэгга в диапазоне от –20° до +5°, а частоту ультразвука от 50 до150 МГц. Именно для работы в этом диапазоне была рассчитана электрическая цепьсогласования высокочастотного генератора с пьезопреобразователем ячейки (ПП). Режимбегущих акустических волн обеспечивался акустическим поглотителем (ПГ).Сигнал на пьезопреобразователь поступал от генератора сигналов Г3-19А. Вэксперименте использовался как непрерывный, так и импульсный режимы работыгенератора. При работе в импульсном режиме для запуска использовался генератор51импульсов Г5-54, который также синхронизировал запуск развертки осциллографа свременем поступлением импульса на преобразователь.Падающий световой пучок от гелий-неонового лазера с длиной волны 0.6328 мкм дифрагировал в АО ячейке, создавая на выходе два пучка: нулевойпорядок дифракции (прямо прошедший пучок) и пучок +1-го или –1-го порядкадифракции в зависимости от угловой настройки ячейки.
Для настройки ячейки она быларазмещена на поворотном столике (ПС). Необходимая поляризация падающего светазадавалась поляризатором (П). Анализатор (А) на выходе АО ячейки использовался дляотделения продифрагированного света от прошедшего в случае анизотропной дифракции.Затем пучок попадал на входное отверстие фотоприемника (ФП), в качестве которогоиспользовался pin-диод с трансимпедансным усилителем. Сигнал с фотоприемникапоступал на Y-вход осциллографа, что позволяло наблюдать дифракцию света вимпульсном режиме. Угол падения светового пучка измерялся на шкале (Л) поположению пятна лазерного пучка, отраженного от передней грани ячейки.Рис.2.11.
Схема экспериментальной установки.52Кристалл парателлурита отличается сильной анизотропией своих физическихсвойств. Поэтому всегда экспериментальные исследования с этим кристаллом начинаютсяс выполнения рутинных измерений, которые необходимы, в частности, для точногоопределения среза кристалла – более точного, чем это удается сделать рентгеновскимметодом. В нашем эксперименте уточнение среза кристалла было выполнено поизмерению частотной зависимости угла Брэгга при анизотропной дифракции света.Результаты представлены на рис. 2.6,б крестиками. Именно эти измерения дали значениеугла среза 10.5 .Результаты измерения частотных диапазонов для ветвей +1e и –1o представлены нарис. 2.8,а,б квадратными точками с указанием ошибки измерений; они подтверждаютданные расчета с хорошей точностью. Для других ветвей (+1o и –1e) частотный диапазоноказался чрезвычайно широким и недоступным непосредственному измерению.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
