Диссертация (1105225), страница 4

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

Текст из файла (страница 4)

Но в случае, когда значения углов падения света θiприближаются к значению угла среза кристалла α, приближенная формула неработает. Однако, приближениеслабого двулучепреломления широкоиспользуются для качественного анализа характеристик акустооптических26фильтров, так как этот анализ основан на упрощенных аналитическихвыражениях, тогда как расчет по точным формулам сложен и громоздок[35,46,51,52].На основе неколлинеарного акустооптического взаимодействия света иультразвука в анизотропных средах создаются фильтры, с помощью которыхреализуется фильтрация оптических изображений [40,48, 51-54].

Очевидно,что подобный фильтр должен обеспечивать работу со световыми пучками,имеющими широкую угловую апертуру. С точки зрения акустооптическоговзаимодействия это соответствует режимам дифракции, при которых еёэффективность слабо чувствительна к изменениям угла падения света θi.Анализ выражения (1.16) и рисунка 1.4 показывает, что при определенныхуглах среза кристалла зависимость частоты ультразвука от угла Брэгга имеетлокальные минимумы и максимумы. Условие нахождения локальногоэкстремума записывается следующим равенством:fi0.(1.20)Отличительной особенности дифракции света в данном случае являетсято, что на векторной диаграмме касательные к волновым векторампадающего и дифрагированного света являются параллельными, что в своюочередь означает совпадение направления групповых скоростей падающего идифрагированного пучков [10,17,20].Оказывается,чтоводноосныхкристаллахширокоапертурнуюдифракцию можно наблюдать лишь при углах среза кристалла, непревышающих некоторое значение оптимального угла αопт.

Величинаоптимального угла различна для разных кристаллов и зависит от величиныдвулучепреломленияматериала[46].Длякристаллапарателлуритаαопт=18,90 [55], а для кристалла KDP αопт=18,70 [43].27аbРис.1.5 Углочастотные зависимости на длине волны λ= 633 нм дляразличных углов среза кристалла TeO2 (а); зависимость брэгговского углападения света от угла среза α для широкоапертурного фильтра (b).Рис.1.6.

Зависимость угла Брэгга от акустической частоты впарателлурите для обыкновенно (красная кривая) и необыкновенно (синяякривая) поляризованного света с длиной волны 633 нм и при угле срезакристалла α=100.28При значении угла среза меньше оптимального существуют два различныхзначения угла θi, которые, как показано на рис 1.5, соответствуют двумразным значениям максимума и минимума функции f(θi) [53]. Придостижении углом среза оптимального значения два экстремума сливаются водин,азависимостьсверхширокоапертурноеf(θi)становитсявзаимодействиекубической,Анализ[54].образуяпоказал,чтонизкочастотная геометрия широкоапертурного взаимодействия достаточнополно изучена, в то время как работ по изучению высокочастотнойгеометрии недостаточно [56, 57].Поэтому одной из задач данной диссертационной работы являлосьисследованиеширокоапертурнойгеометриивзаимодействияприраспространении света вдали от оптической оси кристалла парателлурита.Также при работе над диссертацией предстояло выявить преимущества инедостатки новой геометрии по сравнению с известной геометриейширокоапертурного взаимодействия.В оптических анизотропных средах условия фазового синхронизмазависят от поляризации падающей волны [55].

Следовательно, при заданнойчастоте ультразвука углы Брэгга для обыкновенной и необыкновеннойполяризацийсветаразличны.Однако,существуетгеометрияакустооптического взаимодействия, при которой возможно осуществитьрассеяние света в +1 и -1 порядки одновременно на одной и той же частотеультразвука [58-60]. На рисунке 1.6 данная геометрия реализуется вблизиобласти,гдепересекаютсяветвизависимостиf(θi)дляразличныхполяризаций света. При оптимальном угле среза угловая апертура такоговзаимодействиястановитсямаксимальноширокой[55,61,62].Одновременная дифракция света в +1 и -1 порядки также возможна привеличине угла среза кристалла меньше оптимального. Такая геометрияакустооптического взаимодействия находит свое применение в задачахспектрально-поляризационного анализа изображений, так как обеспечивает29большую угловую апертуру из-за достаточной близости к широкоапертурнойгеометрии взаимодействия [55,62-67].Векторная диаграмма дифракции неполяризованного света представленана рисунке 1.7.

Если на акустооптическую ячейку падает произвольнополяризованный свет, то в кристалле он распадается на две независимыеоптические моды с различными фазовыми скоростями и ортогональнымиполяризациями. При соблюдении условия фазового синхронизма для однойполяризации для +1 порядка, а для другой для -1 порядка дифракцииреализуетсяинтересующийрежимвзаимодействия.Эффективностьдифракции в обоих порядках одинакова, это означает, что поляризация светана выходе нулевого акустооптической ячейки остается такой же, как ивходная поляризация излучения [63].Несмотря на то, что режим дифракции на рисунке 1.7 известендостаточно давно, его применение было затруднено по ряду причин.

Анализуданных причин также посвящен один из разделов данной диссертационнойработы.Рис.1.7 Фазовая диаграмма брэгговской дифракции неполяризованногосвета.30Выводы к главе 1В первой главе диссертации, являющейся обзорной, проведен анализобщих свойств акустооптической дифракции в анизотропной среде и, вчастности, широкоапертурной дифракции в одноосном кристалле. Данноерассмотрение проведено с целью применения взаимодействия в новыхакустооптических приборах, и оно необходимо для дальнейшего пониманияработы перестраиваемых акустооптических фильтров.1.Рассмотрена дифракция света на ультразвуке в оптически иакустически анизотропной среде. Перечислены основные факторы ипараметры,определяющиеэффективностьакустооптическоговзаимодействия в кристаллической среде.2.Рассмотрена задача рассеяния плоской световой волны нафазовой дифракционной решетке, созданной ультразвуком в среде.

Наосновании решении системы уравнений связанных мод в приближениибрэгговского режима дифракции получены выражения для эффективностиакустооптического взаимодействия в зависимости от коэффициентов связи исинхронизма.3.Проанализирована неколлинеарная геометрия акустооптическоговзаимодействия в одноосных кристаллах. Отмечено, что широкоапертурнаядифракция может наблюдаться только в тех кристаллах, у которых угол срезаменьше или равен оптимальному. Также продемонстрирована возможностьтого, что при углах среза меньше оптимального удается реализоватьодновременное рассеяние неполяризованного света в +1 и -1 дифракционныепорядки.4.Обзор геометрии акустооптического взаимодействия проведен сцелью изучения возможности применения анизотропной дифракции Брэгга вновых модификациях акустооптических устройств.31ГЛАВА 2Анализ характеристик широкоапертурныхакустооптических фильтровНеколлинеарнаяпредставляетгеометриябольшойакустооптическогопрактическийинтерес,таквзаимодействиякакпозволяетреализовывать фильтры с большой угловой апертурой, пригодные дляспектрального и поляризационного анализа изображений [21,22,55].

Обычнопри изготовлении таких устройств используется специальная геометрияакустооптического взаимодействия в оптически анизотропных кристаллах. Водноосных кристаллах существуют два возможных способа реализацииширокоапертурной геометрии:1.световая волна распространяется под небольшим углом коптической оси двулучепреломляющего кристалла[46,52-55];2.геометрияакустооптическоговзаимодействияблизкакколлинеарной, когда свет распространяется далеко от оптической осикристалла [34,35].Эффективноереализованотолькоширокоапертурноевнебольшомвзаимодействиеколичествеможетбытьдвулучепреломляющихматериалов, применяемых в акустооптике, таких как TeO2, KDP, Te, Hg2Cl2,CdS,-SiO2, , Hg2Br2, Mg2F и Tl3AsSe3 [16,17,29,68-72].

При изготовленииустройств из этих кристаллов за исключением кристаллического кварца,использовалась геометрия акустооптического взаимодействия близкая коптической оси кристаллов [16,17,29,71,73]. Геометрия взаимодействия,когда свет распространяется вдали от оптической оси кристалла, детально неисследовалась. Исключение составляют публикации [34,35]. Известно, чтотакой важный параметр, влияющий на эффективность акустооптическоговзаимодействия, как акустооптическое качество кристалла М2 растет с32ростом угла падения света на кристалл [16,17,74]. Задачей данногоисследованиябылоизучениеширокоапертурнойгеометрииакустооптического взаимодействия вдали от оптической оси кристаллапарателлурита с целью ее применения для фильтрации изображений.

Характеристики

Список файлов диссертации