Автореферат (1105224), страница 3

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

Текст из файла (страница 3)

Кривая 1- без компенсации смещений, кривая 2- с использованием рассеивающей линзы.11Измерение компенсации продольного смещения изображения проводились для фильтрана кристалле парателлурита с углом среза α=100 и длиной образца L=2.7 см. Измеренияпроводились в диапазоне длин волн λ0 = 650 нм и λ1 = 450 нм, совпадающим с диапазономперестройки АО фильтра. На рис.4b представлены результаты проведенного эксперимента.До включения в оптическую схему рассеивающей линзы смещение отфильтрованногоизображения было равно b = 0.1 см. При компенсации продольное смещение изображенияизменилось до величины b = 0.03 см.

Таким образом, эксперимент показал снижениепродольного смещения изображения более чем в 3 раза по сравнению со случаем безкомпенсации смещения. Следовательно, применение рассеивающей линзы, как ожидалось,привело к заметному улучшению резкости изображения.Дисперсия показателя преломления может сыграть негативную роль и приисследовании изображений в естественно поляризованном свете. В таких устройствах привыполнении ряда условий интенсивность дифрагированного света в +1 и -1 дифракционныхпорядках должна быть одинаковой.

Однако, на практике при изменении длины волныпадающего излучения интенсивности света в +1 и -1 дифракционных порядках не равныдруг другу [16]. Данное явление объясняется влиянием дисперсии показателя преломлениякристалла.На рис.5а представлена рассчитанная зависимость угла Брэгга θв от длины волны светаλ при одновременной дифракции света в +1 и -1 дифракционные порядки. Расчет проводилсядля АО ячейки, срезанной под углом α=100, длина волны света λ при этом изменялась впределе400 - 1150 нм.

Анализ показывает, что значение угла Брэгга одновременнойдифракции света в +1 и -1 дифракционные порядки в данном случае изменилось от 12.410 до12.140, то есть на величину Δθpol = 0.270. Это означает, что угол(b)(a)Рис.5. На рисунке: а) - рассчитанная зависимость угла Брэгга от длины волны оптического излучения дляодновременной дифракции света в ±1 порядок дифракции; b) - измеренная частотная зависимость угла Брэггадля обыкновенной и необыкновенной поляризованной оптической волны.12Δθpol составляет примерно треть от допустимой апертуры угловой апертуры фильтра,которая составила величину Δθ =0.90.В экспериментальной части исследования использовалсяширокоапертурный АОфильтр на основе кристалла парателлурита с углом среза α=100.

Измерения проводились надлинах волн λ=1150 нм, λ=633 нм, а также λ=532 нм. На рис.5b представлены измеренныезависимость угла Брэгга от акустической частоты для обыкновенной θi0(f) и необыкновеннойθie(f) поляризации входного излучения. Анализ полученных данных подтверждает, чтосмещение угла одновременной дифракции в +1 и -1 дифракционный порядокexсоставил0Δθpol =0.18 при изменении длины волны падающего излучения λ от 532 нм до 1150 нм.Теоретическое значение составило величину Δθpolt=0.110. Причина расхождения теории иэксперимента может заключаться в следующем: исследуемый фильтр был изначальнопредназначен для работы с необыкновенно поляризованным излучением в режимеширокоапертурной дифракции.

Это означает, что входная оптическая грань была вырезанаортогонально входному излучению только необыкновенно поляризованного света, и уголпадения света на акустооптическую ячейку соответствовал широкоапертурной дифракции.Таким образом, угол наклона входной грани по отношению к обыкновенно поляризованномусвету не был оптимальным. Поэтому, двойное лучепреломление, несомненно, оказаловлияние на процессе акустооптического взаимодействия.В четвертой главе диссертации исследуется влияние разогрева кристалла KDP наформу аппаратной функции АО ячейки. К сожалению, кристалл парателлурита не прозраченв ультрафиолетовом диапазоне длин волн электромагнитного спектра.

Оказалось, чтоперспективным для подобных применений в акустооптических фильтрах является кристаллKDP. Однако из-за невысокого АО качества к данному кристаллу приходится прикладыватьвысокую управляющую электрическую мощность, что приводит к разогреву кристалла засчетпоглощения акустическоймощности кристаллом. Очевидно, что повышениетемпературы сопровождается изменением показателей преломления кристалла, скоростизвука и, как следствие, изменением частоты брэгговского синхронизма. Ожидалось, чтоподобная неоднородность может сказаться и на форме аппаратной функции фильтра [17-18].На рис.6а представлена измеренная функция пропускания АО ячейки для шестиразличных уровней мощности ультразвука.

Как видно из рис.6а, увеличение управляющеймощности приводит к сдвигу частоты брэгговского синхронизма в сторону меньших частот.В частности, при изменении акустической мощности от 0.5 Вт до 3.0 Вт уходы частоты δfдостигали величины 1.0 МГц. Данное смещение частоты почти в 3 раза превосходитчастотную полосу пропускания ячейки Δf = 300 кГц. Форма передаточной функции приувеличении акустической мощности также изменялась: чем выше была акустическая13мощность, тем больше оказались отклонения от классической формы передаточнойфункции, обычно задаваемой формулой [sin x/x]2.Исходя из полученных в эксперименте данных, было высказано предположение, что наизменение параметров АО ячейки влияет разогрев кристалла.

Для проверки этой гипотезы напьезопреобразователь ячейки направлялись прямоугольные электрические импульсы,длительностью 70 мс с частотой следования 1 с, что соответствовало 7% рабочего цикла. Вданном режиме работы кристалл практически не разогревался. Передаточные функции вимпульсном режиме работы ячейки представлены на рис.

6b. Можно увидеть, чтонаблюдаемые ранее изменения формы передаточной функции и смещение частотыбрэгговского синхронизма минимизированы. Эффективность дифракции при значенииуправляющей акустической мощности 3.0 Вт возросла до Т = 42%, вместо 27% внепрерывном режиме.

Исходя из этого, был сделан вывод, что нагрев кристаллауправляющей электрической и акустической мощностью приводит к эффекту насыщениякоэффициента пропускания и расширению спектральной полосы пропускания фильтра накристалле KDP. Таким образом, приведенное рассмотрение указывает на необходимостьанализа температурных эффектов в кристалле и, в частности, градиента температур внутрикристалла KDP на характеристики устройства фильтрации.Для теоретического определения градиента температур внутри кристалла решаласьстационарная задача теплопроводности. К пьезопреобразователю АО ячейки прикладывалась(b)(a)Рис.6. Зависимость эффективности дифракции от частоты ультразвука для 6 значений управляющей мощности:а) в непрерывном режиме работы, b) в импульсном режиме работы генератора.14управляющая мощность, которая в свою очередь разогревала кристалл.

Поэтому считалось,что помимо нагретой грани с пьезопреобразователем внутри кристалла находится ираспределенный источник тепла. Так как нижнюю и заднюю часть исследуемого АО фильтраокружала металлическая оболочка корпуса устройства, то считалось, что на этих граняхкристалла поддерживалась постоянная температура, равная комнатной. Входная и выходнаяоптические грани кристалла, а также верхняя грань, на которой производилось измерениетемпературы кристалла в эксперименте, оставались свободными. Далее, для определенияформы передаточной функции ячейки решалась система уравнений связанных мод с учетомтого, что параметры данной системы, такие, как расстройка и коэффициент связи, зависят оттемпературы.Зависимость передаточной функции АО ячейки при мощности, поступающей напьезопреобразователь P = 1.0, 2.0 и 3.0 Вт представлена на рис.

7a. Из графика видно, чтоцентральная частота ультразвука сместилась на δft= 500 кГц, в то время как в экспериментеданное смещение составило несколько большее значение δfe= 800±10 кГц. Рассчитаннаяполоса пропускания фильтра при мощности 3.0 Вт оказалась равнойΔft= 170 кГц приэкспериментальном значении Δfe = 295 ± 10 кГц.Также та же самая тепловая задача решалась для кристалла KDP, когда все грани ячейкиподдерживались при температуре окружающей среды. На рис.7b представлена зависимостьэффективности дифракции от частоты ультразвука для обоих случаев. Из рисунка видно, чтопри большем градиенте температур сдвиг центральной частоты синхронизма увеличиваетсяна δf=200 кГц.

Полоса пропускания также становится несколько шире Δft’=190 кГц.(а)(b)Рис.7. Рассчитанные передаточные функции акустооптического фильтра: а) при различных значенияхуправляющей мощности, b) при управляющей мощности Р = 3.0 Вт для двух случаев граничных условий.15Можно сделать вывод, что чем ярче выражен градиент температур внутри АО ячейки,тем сильнее смещается частота брэгговского синхронизма, и тем шире полоса пропусканияфильтра.

Поэтому, был сделан вывод о необходимости учитывать разогрев АО ячейки иминимизировать градиент температур внутри кристалла.В пятой главе рассматриваются АО и фотоупругие свойства кристалла KDP. Прианализе широкоапертурного фильтра на основе кристалла КDP выяснилось, что измереннаяэффективность дифракции на длине волны света λ=347.5 нм в импульсном режиме быларавной I1/I0=28% при значении управляющей электрической мощности P = 2.0 Вт. Расчетпоказал, что в этом случае эффективная фотоупругая константа равна peffexp = 0.042±0.004.Данные значения эффективности дифракции оказались приблизительно в 2 раза меньшепредсказанного теоретического значенияI1/I0=60%[19].Отклонение теорииотэксперимента нельзя было объяснить только температурными эффектами, это указывало нанеобходимость более детального рассмотрения.

Характеристики

Список файлов диссертации