Диссертация (1105225), страница 9

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

Текст из файла (страница 9)

Сплошными линиями показанырезультаты расчета, на которые были нанесены экспериментальные данные.До включения в оптическую схему рассеивающей линзы смещениеотфильтрованного изображения было равно b = 0.1 см. При компенсации спомощьюрассеивающейлинзыпродольноесмещениеизображенияизменилось до величины b = 0.03 см. Таким образом, эксперимент показалснижение продольного смещения изображения более чем в 3 раза посравнениюсослучаембезкомпенсациисмещения.Следовательно,применение рассеивающей линзы, как ожидалось, привело к заметномууменьшению потери резкости изображения.3.3Влияние дисперсии показателя преломления кристалла наработу акустооптических фильтров неполяризованного светаВозможность акустооптической фильтрации неполяризованного светабыла доказана в 1996 году [55]. Авторами работы была рассмотренадифракциянеполяризованногосветасразделениемполяризацииодновременно в +1 и -1 дифракционные порядки.

В кристаллах с малымдвулучепреломлением Δn/n<<1, например, в кристалле парателлурита,частота брэгговского синхронизма для неполяризованного света близка кчастоте широкоапертурной дифракции, а, следовательно, данные устройствамогут производить обработку изображений в естественном свете. Поэтомупри конструировании акустооптических фильтров и правильном подборе64углов среза кристалла в итоге можно получить допустимую угловуюапертуру близкую к 10-20 [55,81]. Как показывает практика, такой угловойапертуры достаточно, чтобы проводить фильтрацию изображений с ещеудовлетворительным качеством [81].До недавнего времени акустооптические устройства спектральнополяризационного анализа использовались только в исследовательскихлабораториях для решения физических задач.

Однако в 2013 году в работе[79]былаиспользованаакустооптическаясистемаспектрально-поляризационного анализа для объектов совсем иного происхождения, аименно, для измерения концентрации сахара в жидкостях. Как известно,раствор сахара в воде является оптически активным и вращает плоскостьполяризации светового излучения [4,76]. В данной работе акустооптическаясистема фильтрации настраивалась так, чтобы интенсивность света,дифрагированного в +1 и -1 дифракционный порядок была одинакова. Затемв схему добавляли сахарный раствор и по изменению интенсивностисигналов в +1 и -1 порядке, определяли концентрацию сахара в растворе.Оказалось, что даже если не использовать сахарный раствор, но изменитьдлину волны падающего излучения, то интенсивность дифрагированногосвета в +1 и -1 порядке, вопреки ожиданиям, не была одинаковой.

Авторыобъяснили данный эффект, неточной юстировкой экспериментальнойустановки. Однако причина того, что интенсивность света в +1 и -1 порядкеперестала быть одинаковой, имеет физическое происхождение, а именно, это- влияние дисперсии показателя преломления кристалла.Длявыполненияусловиядифракциисветасодновременнымразделением поляризаций должны быть выполнены следующие условияфазового синхронизма:kie  K  kdokio  K  kde .(3.7)65При этом длина вектора ультразвука одинакова для обоих уравнений(3.7).

Для удобства уравнение (1.16) можно представить в безразмерномвиде:FB  ni ( )sin i  no2 ( )  ni2 ( ) cos2 i(3.8)где FB  f  / V - безразмерная частота. Выражение (3.8) показывает, чтобезразмерная частота брэгговского синхронизма неявно зависит от длиныволны падающего электромагнитного излучения. Также от длины волныпадающего излучения зависит и соотношение между углами падающего идифрагированного света:ni ( ) cosie  no ( ) cosdo .(3.9)Выражения (3.8) и (3.9) доказывают тот факт, что дисперсия показателяпреломления приводит к сдвигу углочастотной кривой   f  не только вдольоси частот, но и еще вдоль оси углов. Поэтому точное удовлетворениеусловийфазовогосинхронизмадлядифракциисодновременнымразделением поляризации в +1 и -1 дифракционные порядки на разныхдлинах оптического излучения возможно лишь в узком интервале длин волнсвета λ. Другими словами, действительно равные интенсивности для света в+1 и -1 дифракционных порядках реализуются только на одной длине волныоптического излучения.

Изменение длины волны света приводит кизменениюэтихинтенсивностей,чтотребуетновойюстировкиакустооптической системы.Используя уравнение (1.6) и (3.9) и учитывая дисперсию показателейпреломления парателлурита, была рассчитана углочастотная зависимость дляобеихполяризацийоптическогопадающегоизлучения.Наизлучения ирисунке3.5различных длинпредставленаволнрассчитаннаязависимость угла Брэгга θв от длины волны света λ при одновременнойдифракции света в +1 и -1 дифракционные порядки. Расчет проводился для66акустооптической ячейки, срезанной под углом α=100 , длина волны света λпри этом изменялась в пределе 400 - 1150 нм. Анализ показывает, что точкаодновременной дифракции света в +1 и -1 дифракционные порядки в данномслучае сместилась от 12.410 до 12.140, то есть на величинуΔθpol = 0.270.

Излитературы известно, что угловая апертура акустооптической ячейки накристаллепарателлурита,работающейснеполяризованнымсветомсоставляет около 10 в воздухе [55,81]. Это означает, что угол Δθpol составляетпримерно треть от допустимой угловой апертуры фильтраΔθ. Поэтомудисперсия показателей преломления обязательно должна быть принята вовниманиеприконструированиифильтров,предназначенныхдляспектрально-поляризационной обработки световых сигналов на разныхоптических длинах волн. Также при работе с такими устройствами на каждойдлине волны λ необходимо проводить настройку угла падения света наакустооптическую ячейку, чтобы удовлетворить условие брэгговскогосинхронизма в широком спектральном диапазоне.Как было отмечено ранее, в экспериментальной части исследованияиспользовалсяширокоапертурный акустооптический фильтр на основекристалла парателлурита с углом среза α = 100.

Измерения проводились сприменением двух источников излучения: гелий-неонового лазера с длинамиволн λ = 633 нм и λ = 1150 нм, а также YAG лазера длиной волны λ = 532 нм.Блок схема эксперимента представлена на рисунке 3.6. Важной задачейпроведенного эксперимента являлось обеспечение прохождения различныхлазерных лучей (1) по одному и тому же оптическому пути. Для этого, напути лазерного луча была установлена система диафрагм (2). Далее лучпроходил через систему поляризатор-анализатор (3).

Также в схему быладобавлена пластинка λ/2 для поворота поляризации лазерного излучения. Входе эксперимента измерялись по две углочастотные характеристики   f для каждой длины волны с ортогональными поляризациями падающегоизлучения. По точке пересечения этих кривых определялся угол Брэгга, прикотором происходит одновременная дифракция в +1 и -1 дифракционные67Рис.3.5. Рассчитанная зависимость угла Брэгга для одновременнойдифракции света в ±1 порядок дифракции от длины волны оптическогоизлучения.Рис.3.6. Блок схема экспериментальной установки.68порядки с одинаковой интенсивностью. На рисунке 3.7 представленыизмеренные зависимость угла Брэгга от акустической частоты дляобыкновенной io  f  и необыкновенной ie  f поляризации входногоизлучения.

Анализ полученных данных подтверждает, что смещение углаодновременной дифракции в +1 и -1 дифракционные порядки составилΔθpolex = 0.180 при изменении длины волны падающего излучения λ от 532 нмдо 1150 нм. Предсказание теории составило величину Δθpolt = 0.110. Причинарасхождения теории и эксперимента может заключаться в следующем:исследуемый фильтр изначально предназначен для работы с необыкновеннополяризованным излучением в режиме широкоапертурной дифракции. Этоозначает, что входная оптическая грань была вырезана ортогональновходному излучению только необыкновенно поляризованного света.

Приэтом угол падения света на акустооптическую ячейку соответствовалширокоапертурной дифракции. Таким образом, угол наклона входной гранипо отношению к обыкновенно поляризованному свету не был оптимальным.Это означает, что двойное лучепреломление, несомненно, оказало влияние напроцесс акустооптического взаимодействия.69Рис.3.7.

Измеренная частотная зависимость углаБрэгга дляобыкновенной и необыкновенной поляризованной оптической волны .70Выводы к главе 3.В главе 3 рассмотрено влияние дисперсии показателей преломления накачество изображений в системах фильтрации. В частности, изученыпродольныесмещенияизображенийврежимеширокоапертурнойдифракции, а также нарушения условий брэгговского синхронизма в режимеодновременной дифракции в +1 и -1 дифракционные порядки.1.Дисперсияпоказателейпреломленияматериалаакустооптической ячейки вызывает продольное смещение изображений приизменении длины волны падающего излучения.

Это ведет к ухудшениюкачества отфильтрованного изображения. В фильтрах с одновременнойдифракцией света в +1 и -1 дифракционные порядки дисперсия показателяпреломления приводит к тому, что интенсивность света в +1 и -1 порядкедифракции престает быть одинаковой из-за нарушений условия Брэгга.2.Показано, что при добавлении в акустооптическую системуспектральной фильтрации рассеивающей линзы, обладающей собственнойдисперсией, продольное смещение изображений может быть существенноснижено. В эксперименте длины волны от λ0 = 650 нм до λ1 = 450 нмсмещение изображения составило величину δb = 0.1 см. Тогда прикомпенсации данное смещение было приблизительно на одну треть меньшеисходного смещения δb = 0.03 см.3.При разработке акустооптических систем с одновременнойдифракцией в ±1 дифракционные порядки необходим учет дисперсиипоказателей преломления кристалла.

Характеристики

Список файлов диссертации