Диссертация (1105225), страница 7
Текст из файла (страница 7)
Углочастотныезависимости на длине падающего света λ=633 нм для выбранных срезовпредставлены на рисунке 2.7. Как следует из рисунка, чем больше угол среза47кристалла, тем меньше разница между углами Брэгга высокочастотной инизкочастотнойширокоапертурнойгеометрии.Исходяизэтого,ивыбирались срезы кристаллов.
При α = 20 разница между углами Брэгга будетмаксимальной,следовательно,характеристикифильтровсможноприосевойожидать,чтогеометриейииосновныегеометриейвзаимодействия вдали от оси кристалла будут сильно различаться. Приα = 180 значения углов Брэгга близки, следовательно, и характеристикиширокоапертурных фильтров будут мало отличаться друг от друга. Вкачестве промежуточного варианта для анализа был выбран срез кристаллаα = 100.Основные характеристики фильтров с приосевым и далеким от осираспространением света собраны в Таблице 1.
Первая, третья и пятая строкатаблицы представляет фильтры с приосевой геометрией распространениясвета и с углом среза кристалла α = 20, 100 и 180, соответственно. Вторая,четвертая и шестая строка содержит параметры фильтра с такими же угламисреза, но с распространением света вдали от осей кристалла. Сравнениепроведено для размера пьезопреобразователя l1 = 12 мм и длины волныλ =633 нм. Данные параметры выбраны не случайно, так как в дальнейшембыл проведен эксперимент для фильтра с углом среза α = 100 и длинойпьезопреобразователя l1 = 12 мм.
На рисунке 2.8 схематично показано, какнеобходимо направить свет в исследуемых двух типах фильтров.Сранивая данные, приведенные в таблице, можно сделать вывод, что потаким характеристикам, как полоса пропускания и пространственноеразрешение широкоапертурные акустооптические фильтры с геометриейраспространения вдали от осей кристалла превосходят классическиеустройства. Фильтры с приосевой геометрией взаимодействия, наоборот,превосходят исследуемые устройства по реальной угловой апертуре ипотребляемой мощности. Проигрыш внеосевых устройств в величинеакустооптического качества может быть частично скомпенсирован за счет48увеличения длины взаимодействия света и звука, а следовательно, за счетиспользоввания кристаллов большей длины.Таблица 1№, МГц121,5420711800,072149,31320,462,23117,9251286240,164176,06165112,45235,3113001320,779314402,16237,6a, ВтNbcРис.2.8.
.Схема широкоапертурных фильтров и направленияраспространения световых лучей. Красный цветом и цифрами 1, 3 и 5показано распространение света в фильтре с приосевой геометрией, синими цифрами 2, 4 и 6 - с геометрией распространения вдали от оси кристалла;а), b)и c). Лучи 1 - 6 соответствуют углам,отмеченным на рисунке 2.7.49Рис.2.9. Блок-схема экспериментальной установки.Из таблицы также видно, что фильтры с малыми углами среза обоихтипов мало пригодны для использования в системах анализа изображений,так как исследуемые приборы обладают ограниченным углом разведенияпадающего и дифрагированного луча, а следовательно, и малой рабочейугловой апертурой.
Что же касается фильтров с приосевой геометриейвзаимодействия, то они имеют слишком широкую полосу пропускания.Поэтому для изготовления фильтров не следует выбирать геометрии смалыми углами среза. Фильтры с углом среза кристалла α = 180 близки посвоим характеристикам, как и следовало ожидать. Анализ также показал, чтоустройства с геометрией взаимодействия вдали от оси кристалла имеютболее высокую разрешающую способность по сравнению с известнымиустройствами, в которых свет распространяется близко к оптической осикристалла.Таким образом, можно сделать вывод, что фильтры с геометриейвзаимодействия вдали от оси кристалла превосходят классические фильтры50по пространственной и спектральной разрешающей способности.
Поэтомуновые устройства могут быть использованы для решения специальных задач,где необходимы приборы, способные обеспечить более высокое качествоотфильтрованных изображений.2.4Экспериментальное исследование фильтров с геометриейвзаимодействия вдали от оси кристалла.Исследование углочастотных характеристик при широкоугольномакустооптическом взаимодействии проводилось на установке, блок-схемакоторой изображена на рисунке 2.9. В качестве источника оптическогоизлучения был выбран He-Ne лазер с длиной волны излучения λ1=633 нм.При проведении измерений использовался дополнительный лазер,длина волны которого составляла λ2=532 нм. Луч от лазера (1) проходилчерез диафрагму (2), поляризатор (3), фазовращательную пластинку λ/2 (4)(так как измерения проводились как для обыкновенной, так и длянеобыкновенной волны) и поступал на акустооптическую ячейку (5),установленную на поворотном столе. Вращая юстировочный стол, можнобылоизменятьуголпадениясветанаисследуемыйфильтр.Напьезопреобразователь поступал высокочастотный гармонический сигнал,промодулированный импульсным генератором (9), который возбуждалакустическую волну.
Для контроля параметров акустического сигналаиспользовалсячастотомер.Дифрагированныйсветпроходилчерезанализатор (6) и детектировался при помощи фотоэлектронного умножителя(7), сигнал с которого поступал на осциллограф (8). Также на осциллографпоступал сигнал синхронизации с импульсного генератора. При изменениичастоты акустического сигнала высокочастотного генератора (9) на экранеосциллографа наблюдалась зависимость интенсивности дифрагированногосвета от акустической частоты при постоянном угле падения света. Ширинаполосы акустических частот фильтра измерялась по уровню 50%.51При проведении эксперимента была использована акустооптическаяячейка широкоапертурного фильтра на кристалле парателлурита с угломсреза α = 100 и с приосевой геометрией взаимодействия. Даннаяконфигурации ячейки была выбрана из тех соображений, что, используяячейку с хорошо изученной геометрией, можно получить надежныеколичественные данные о её характеристиках.
Измерения проводились сиспользованием He-Ne лазера на длине волны λ=633 нм. В ходе проверкибылаопределеначастотаультразвука,соответствующаяприосевойширокоапертурной дифракции, которая была равна f=120.1 МГц, в то времякак рассчитанная частота ультразвука оказаласьf=117.8 МГц. Исходя изэтого, был сделан вывод, что кристалл фактически был вырезан под угломα = 10.20 а не α = 10, как ожидалось. Также по измеренной полосепропускания данного фильтра, которая составила Δλ = 18 ± 1 A по формуле(2.6) была определена эффективная длина области взаимодействия света извука L=12 мм.Для обеспечения возможности измерения углочастотных характеристикв интересующем диапазоне углов падения света вдали от оптической осикристалла θi = 700 ± 100 ячейка была развернута, и в нее был направлен свет,как показано на рисунке 2.10.a.
Выведение светового луча из корпусафильтра и наблюдение дифракционной картины, было осуществлено припомощипризмы из плавленого кварца. Эту призму можно увидеть нарисунке 2.10.b.Нарисунке2.11представленаэкспериментальнополученнаязависимость f для обыкновенной и необыкновенной световой волны сдлиной волны λ=633 нм. Экспериментальные точки получены привыполнении условия синхронизма (точки посередине), а также принарушении условий синхронизма 0,8 (крайние точки).
Из полученныхрезультатов видно, что в данном кристаллебыл реализован режимширокоапертурной дифракции, так как при f=177.6±0.5 МГц производная52df/dθ = 0. Также показано, что для акустооптических фильтров с геометриейвзаимодействия вдали от оптической оси кристалла существует областьуглов падения света, для которых дифракция не чувствительна кполяризации падающего излучения. Это объясняется тем, что в даннойобласти существуют углы Брэгга для обыкновенной и необыкновеннойсветовых волн, для которых частоты брэгговской дифракции совпадают.Ширина полосы акустических частот, измеренная в эксперименте, составилаΔf = 200 ± 20 кГц. С учетом известного отношения Δλ/λ=Δf/f и f = 177.7 ± 0.5МГц, получим Δλ = 7±1A.
Рассчитанная по формуле (2.6) полосапропускания составила величину Δλ = 5A. Различие экспериментального итеоретического результата для полосы пропускания света Δλ может бытьобусловлено тем, что световой луч в эксперименте проходит более короткийпуть. Следовательно, можно сделать вывод, о том, что экспериментальныерезультатыкачественносогласуютсяспредсказаниямитеории,атеоретическое рассмотрение акустооптического взаимодействия адекватноописывает процесс дифракции.abРис.2.10. Схема прохождения светового луча через акустооптическуюячейку (а).
Красным цветом показан луч для фильтра с геометриейвзаимодействия вдали от оптической оси кристалла, зеленым - дляфильтра с приосевой геометрией взаимодействия. Фотография исследуемойакустооптической ячейки (b).53Рис.2.11 Зависимость угла падения света c длиной волны λ=633 нм отчастоты ультразвука. Сплошной линией показана рассчитаннаязависимость для необыкновенной волны, штрих-пунктиром - дляобыкновенной. Красным цветом показана экспериментальная зависимостьдля необыкновенной волны, синей – для обыкновенной.Вработетакжебылипроизведеныизмеренияуглочастотныххарактеристик для длины волны падающего света λ=532 нм. Полученныеэкспериментальныерезультатыотличалисьоттеоретическихприблизительно на 1%. Такое различие может быть обусловлено тем, что лучлазера, проходящий через акустооптическую ячейку, проходил не точно вплоскости кристалла 1 10 , а выходил из нее.
Так же, как и для красногосвета, при освещении фильтра световой волной зеленого цвета существуетдиапазон углов падения света, при которых дифракция не чувствительна кполяризации падающего излучения. Полоса акустических частот фильтра дляданной длины волны составила Δf = 200 ± 20 кГц, что соответствует полосепропускания фильтра Δλ= 5 ± 1AΔλ=3A.Такимобразом,при теоретическом значении полосыэкспериментальныерезультатыкачественноподтверждают теорию.54Выводы к главе 2Во второй главе произведено теоретическое и экспериментальноерассмотрениеширокоапертурнойгеометриивзаимодействияприраспространении света вдали от оптической оси кристалла парателлурита. Вданной главе произведено сравнение новой геометрии акустооптическоговзаимодействия с известной приосевой геометрией взаимодействия.1.Определеныгеометриейхарактеристикивзаимодействияпарателлурита:полосадифрагированноголучавдалиакустооптическихотпропускания,иоптическойуголразведенияпространственноефильтровосискристаллападающегоразрешениеисистемыфильтрации.
Доказано, что исследуемые устройства уступают фильтрам сприосевой геометрией по величине угловой апертуры, однако онипревышают классические устройства по количеству разрешимых элементов.2. Измерены углочастотные характеристики фильтров с геометриейвзаимодействия вдали от оптической оси кристалла парателлурита для двухдлин волн света λ1 = 633 нм λ2 = 532 нм обыкновенной и необыкновеннойполяризации. Показано, что на длине волны λ1=633 нм широкоапертурныйрежим дифракции реализуется при частоте ультразвука f = 177.7 ± 0.5 МГц.Измеренная полоса пропускания оказалась равной Δλ = 7A ± 1 при расчетномзначении Δλ = 5A.
Широкоапертурный режим дифракции при внеосевомраспространении света также наблюдался на длине волны λ2 = 532 нм и приакустической частоте f = 221.6 ± 0.5 МГц.В эксперименте полученаспектральная полоса пропускания Δλ =5±1A при предсказании теории Δλ=3A.3. Доказано, что в фильтрах на основе геометрии взаимодействия вдалиот оптической оси кристалла парателлурита, как и в фильтрах с приосевойгеометрией взаимодействия, существуетобласть углов падения света ичастот ультразвука, при которых устройства фильтрации нечувствительны кполяризации падающего излучения. При этом дифракция осуществляется в±1 максимумы.55ГЛАВА 3Влияние дисперсии показателей преломлениякристалла на характеристики акустооптическихфильтров3.1 Дисперсия показателя преломления кристалла парателлурита.В настоящее время перестраиваемые акустооптические фильтрыобработки изображений используются в различных областях науки итехники, связанных непосредственно с физикой, например, в спектроскопии,в системах оптической обработки информации, в оптоэлектронике, лазернойтехнике и т.д.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
