Автореферат (1105224), страница 4
Текст из файла (страница 4)
Поэтому было решено произвести измерениядля трех различных длин волн оптического излучения λ = 405 нм, 532.5 нм и 633 нм и приодной и той же частоте ультразвукаf = 130.2 МГц. Таким образом, эффективностьдифракции зависела лишь от угла падения света и дисперсии коэффициентов p44 и p66. Нарис. 8а представлены результаты измерения эффективности дифракции от длины волныизлучения. Сравнение полученных результатов с теоретическими данными показалинесоответствие теории и эксперимента, различие между которыми не может быть объясненолишь погрешностью произведенных измерений, которая составила ±10%. Маловероятно истоль сильное воздействие дисперсии коэффициентов p44(λ) и p66(λ) на результатыэксперимента. Это означает, что полученные экспериментальные значения эффективностиАО дифракции указывали на некорректность расчета эффективной фотоупругой константыpeff.Поэтому была предложена иная методика экспериментального определения констант.Эффективность дифракции на выходе кристалла KDP измерялась на одной длине волнысвета λ и на одних и тех же частотах ультразвука f, но при двух различных углах падениясвета θi на акустический волновой фронт.
Данный эксперимент проводился для двухширокоугольных фильтров на основе кристалла KDP с углами среза α = 90 и α = 120, а такжетрех различных длин волн оптического излучения 633 нм, 532.5 нм и 405 нм. Общаявариация угла падения света на ячейку относительно точки широкоапертурной дифракции1621(b)(a)Рис.8. На рисунке: а) зависимость эффективноcти дифракции от длины волны света, b) - зависимостьотношения эффективности дифракции света I-/I+ с длиной волны λ=405 нм от частоты ультразвука.при θi=9.50 составила 180. На рис.
8b представлены экспериментальные зависимостиотношения эффективностей дифракции от частоты ультразвука. Для фильтра с углом среза α= 90 на длине волны λ= 405 нм отношение интенсивностей дифрагированного светауменьшилось в 4 раза при увеличении угла падения от θi=0.50 до θi=18.50, для фильтра суглом среза α = 120 эффективности дифракции изменилась в 3 раза при тех же вариацияхугла падения света. Из отношения двух эффективностей дифракции определялосьсоотношение констант p44 / p66 : для фильтра с углом среза α = 90 оно составило p44 / p66 =0.120±0.006, а для второго фильтра с углом среза α = 120 данное соотношение оказалосьравным p44 / p66 = 0.220±0.011.
Важно отметить, что с увеличением угла падения света наакустическийстолбэффективностьдифрагированного света заметноуменьшалась.Аналогичные результаты были получены для всех трех длин волн света 633 нм, 532.5нм и405 нм. Очевидно, что почти двукратное расхождение полученных результатов не можетбыть обусловлено лишь неточностью эксперимента. Это означает, что предложенная модельАО взаимодействия в кристалле KDP не достаточно полна.Было сделано предположение, что помимо фотоупругого эффекта на эффективностьдифракции в кристалле KDP оказывают влияние и другие эффекты. Например,пьезоэлектрический и электрооптические эффекты. С учетом данных эффектов выражениедля эффективной фотоупругой константы записывается в следующем видеpeff p44 44 sin sin i p66 66 cos cos i ,где α - угол среза кристалла, Δ44 и Δ66 – это электрооптические добавки к величинефотоупругих коэффициентов.
Расчет показал, что добавка Δ44 составила 0.0004, что17Рис.9 Зависимость эффективности дифракции света от управляющей мощности: сплошная линия –рассчитаннаякривая без учета электрооптического эффекта, пунктирная линия– рассчитанная кривая с учетомэлектрооптического эффекта, штриховая линия –экспериментальные данные.значительно меньше значения самой константы и практически не влияет на эффективностьдифракции. Добавка Δ66=0.0075 составляет свыше 10% величины самой константы. Этоозначает, что пьезоэффект и электрооптический эффект, действительно, оказывают влияниена эффективность дифракции (рис.9).
В итоге, экспериментальные данные и результатырасчета акустооптического качества в кристалле различаются не более чем в 1.5 раза. Этотакже означает, что эффективная фотоупругая константа в кристалле оказывается на 20-25%меньше ожидаемого значения.ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ1. Определены характеристики АО фильтров с геометрией взаимодействия вдали отоптической оси кристалла парателлурита: полоса пропускания, угол разведенияпадающего и дифрагированного луча и пространственноеразрешение системыфильтрации.
Доказано, что исследуемые устройства уступают фильтрам с приосевойгеометрией по величине угловой апертуры и величине акустооптического качества,однако они превосходят классические устройства по количеству разрешимыхэлементов и спектральной полосе пропускания.2. Измерены углочастотные характеристики фильтров с геометрией взаимодействия вдалиот оптической оси кристалла парателлурита для двух длин волн света λ1=633 нм λ2=532нм обыкновенной и необыкновенной поляризации.
Показано, что на длине волныλ1=633 нм широкоапертурный режим дифракции реализуется при частоте ультразвукаf=177.6±0.5 МГц. Измеренная полоса пропускания оказалась равной Δλ= 7±1A прирасчетном значении Δλ=5A. Широкоапертурный режим дифракции при внеосевомраспространении света также наблюдался на длине волны λ2=532 нм и при18акустической частоте f = 221.6±0.5 МГц.В эксперименте получена спектральнаяполоса пропускания Δλ=5±1A при предсказании теории Δλ=3A.3. Показано, что при добавлении в АО систему спектральной фильтрации рассеивающейлинзы, обладающей собственной дисперсией, продольное смещение изображенийможет быть существенно снижено. В эксперименте при перестройке длины волны отλ0= 650 нм до λ1= 450 нм смещение изображения составило величину δb =0.1 см. Тогдакак при компенсации данное смещение было приблизительно на одну треть меньшеисходного смещения δb =0.03 см.4.
При разработке АО систем с одновременной дифракцией в ±1 дифракционные порядкинеобходим учет дисперсии показателей преломления кристалла. Данная дисперсиявлияетнаусловиебрэгговскогосинхронизмаинепозволяетреализоватьинтересующий режим дифракции в широком диапазоне длин волн света бездополнительной юстировки устройства фильтрации.5. При увеличении управляющей электрической мощности от 0.5 Вт до 3.0 Вт в АОфильтре на кристалле KDP температура на верхней грани кристалла изменялась от240С до 29.50С. На длине волны падающего оптического излучения 347.5 нм частотабрэгговского синхронизма сместилась на 800 кГц в сторону низких частототносительно центральной частоты звука 130.2 МГц. Подобный дрейф частоты почти в3 раза превосходит ширину полосы пропускания фильтра.6.
Решено уравнение связанных мод с учетом зависимости коэффициентов АО связи ирасстройки от температуры в кристалле KDP. Получено качественное соответствиетеории и результатов эксперимента: дрейф частоты 500 кГц и полоса пропускания 170кГц при экспериментальном значениях 800±80 кГц, и 295±10 кГц, соответственно.Показано, что для уменьшения дрейфа параметров АО фильтра из-за разогревакристалла KDP следует уменьшать градиент температур в материале. Для этогопредпочтительнее принудительный разогрев всего кристалла в целом, вместоохлаждения отдельных боковых граней ячейки.7. Сделаны оценки величины фотоупругих коэффициентов p44 и p66 в кристалле KDP ипоказано, что данные константы, а также коэффициент акустооптического качествакристалла резко возрастают с уменьшением брэгговского угла падения света наультразвук по сравнению с углом широкоапертурной дифракции.8.
Доказано предположение о влиянии пьезоэлектрического, а также электрооптическогоэффекта на эффективность дифракции в режиме широкоапертурного взаимодействия.Рассчитаны величины фотоупругих коэффициентов p44 и p66 с учетом влияния19пьезоэлектрического и электрооптического эффекта, которое составляет 10% отвеличины фотоупругого эффекта.9.
Обнаружено, что измеренное значение эффективной фотоупругой константы peff =0.042±0.004 в кристалле KDP оказывается на 20-25% ниже ожидаемого значения.Полученный результат должен учитываться при разработке новых модификацийперестраиваемыхакустооптическихфильтровультрафиолетовогодиапазонанакристалле KDP.Цитирование литературы1. Балакший В.И., Парыгин В.Н. Чирков Л.Е.
Физические основы акустооптикиМ.: Радио и Связь, 1985.2. Ярив А., Юх П. Оптические волны в кристаллах – Пер. с англ. – М.: Мир, 1987.3. Задорин А.С. Динамика акустооптического взаимодействия – Томск: Томскийгосударственный университет, 2004.4. Проколов В.В., Ушаков В.Н. Акустооптические процессы спектрального типа –М: Радиотехника, 2012.5. Котов В.М. Акустооптика. Брэгговская дифракция многоцветного излучения - М:Издательство «Янус-К», 2016.6. Xu J., Stroud R.
Acousto-Optic devices – Willey, N.Y., USA, 1992.7. Молчанов В.Я. и др. Теория и практика современной акустооптики, Москва,Изд.дом МИСиС, 2015.8. Калинников Ю.К., Стаценко Л.Я. Использование акустооптических фильтров дляфильтрации изображений - ЖТФ. т.59, №9, С.153-156, 1989.9. Gupta N., Voloshinov V.B. Hyperspectral imager, from ultraviolet to visible, with a KDPacousto-optic tunable filter – Appl. Opt., v. 42, № 13, pp. 2752-2759, 2004.10.
Voloshinov V.B. , Gupta N. Ultraviolet-visible imaging acousto-optic tunable filters inKDP – Appl. Opt. v. 3,№ 19, pp. 3901-3909, 2004.11. Волошинов В.Б., Богомолов Д.В., Трохимовский А.Ю. Оптимизацияперестраиваемого акустооптического фильтра на кристалле KDP. – ЖТФ, т.76, №1, с 66-71, 2006.12. Voloshinov V.B., Yushkov K.B Acousto-optic filters on potassium dihydrogenphosphate with optimal angle aperture and maximum beam deflection – Opt. Eng., v. 47,pp.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
