Байбородин Ю.В. Основы лазерной техники (1988) (1151949), страница 51
Текст из файла (страница 51)
Это можно достаточно хорошо проследить по изменению оптической нндикатрнсы в зависимости от электро- и упругооптнческих коэффициентов, записав [ В,; [ [Л (1/лз)]с; = (Рв] [и] + [сс ] [Ес], (11.19) где р„— упругооптическне коэффициенты, измеренные при постоянной напряженности поля (Ес — — сопз1); гсс — электрооптическне коэффициенты, измеренные прн постоянной дефорл!ацин (ис — — сопз1).
Если кристалл деформировать, то в нем нз-за пьезоэлектрического эффекта возникает электрическое поле Е„которое вследствие электро- оптического эффекта вызывает усиление акустооптического эффекта. Прн этом прн падении излучения на весцество имеет место, как н при эффекте Поккельса, двулучепреломление.
Разность показателей преломления необыкновенного и обыкновенного лучей [24] Ьп = п, — а, = — 0,5а,' (лы — л„) а,. (11.20) Имеется и отличие от линейного электрооптнческого эффекта, который присущ лишь пьезокристаллам. Эффект фотоупругости на- 2!6 блюдается во всех кристаллах и нзотропных средах, в которых раз- ность фаз возникает под действием механических напряжений, а не женнастн электрического поля Е.
В зависимости от структуры кристаллов н расположения нх осей по отношенн р деформации можно получить различную эффективность фотоупругос- . Р два типа модуляторов излучения, в которых используакцнонные ак с- ется фотоупругость: двулучепреломляющне н дифра цн у- тооптнческие. млении. По п ннАкустооптнческнй модулятор на двулучепреломленин. р цнпу действия он похож на электрооптическнй модулятор.
Только е азность хода Г двух ортогонально поляризованп яженнй: ных волн на выходе кристалла зависит от механических напряж (11.21) Деформация в кристалле создается продольной акустической вол- ной по осн ох (рнс. 11.4, б): "сС 2лх [7 = — 'ос= [/з соз д соззс1, Рп Лз где []з — амплитуда упругой деформации; Л, — длина звуковой вол- ны; зс — частота колебаний звуковой волны. Интенсивность прошедшего через модулятор излучения ! = 1, з!и' 0,5Г, где 1 = 0,44!з при Г, = 3,83. К. п.
д. модулятора т]з '— 0 5Гз = — [зпз(лссоь)з, з Динамический диапазон модуляции определяется нижней частотой ! 1„ж [7з!(2с],) н верх ерхней частотой, ограничиваемой возможностью получения максимальной скорости распространения деформации в конкрет ном образце к нсталла. Например, для тнтаната бария верхняя частота модуляции составляет около 30 МГц. Если применить пленочные модуляторы нз оры нз Сс[Ь на подложке нз фотоупругого материала, то верхний предел частот увеличится до нескольких гигагерц.
Рассмотр енный тип модуляторов пРедпочтителен для излучения инфракрасного диапазона длин волн. Днфракцнонные акустооптнческне модуляторы. Основными среи объемных акустооптнческнх модуляторов являются днфракцнондиоь ные модуляторы света на ультразвуковых волнах д У во т кого типа представляет собой кювет с оптически простройст а ( с. 11.4, в). зрачны и и окнами, заполненный рабочей жидкостью (рис, ). к ическнм нзУльтразвуковые волны в среде возбуждаются пьезоэлектрич лучателем, к которому подводится сигнал [с'(с) = Уз(1 — т созе! 7)соззсс, 217 где [/а — амплитуда немодулированного сигнаяа; уп — фф циенг модуляции; са — ч уп — коэффиколебаний.
— частота модуляции; ал — частота звуко — Вуковых— При распространении в среде бегущей ультразвуков " изменяется зв ковос у давление, в результате чего меняются плотное и показатель преломления среды. плотность Линзы и диафрагма в модуляторе предназначены для выделения необходимого дифракционного максим ма а необх ума, а губчатый поглотитель вой волны.
В качестве пьезоизл анин служит для образования бег щей льт а у " у развукоционных модуляторов целесообразно п и пьезоизлучателей для жидкостных диф акьр зно применять сегнеокерамические ины из титаната бария или цирконата-титаната свинца (ЦТС-19). качестве рабочих жидкостей акустооптических используют воду, ксилол, 17 а/а-ный тических модуляторов Мо та-ны раствор этилового спирта в воде.
одуляция на стоячей волне может быть пол чена на к частотах в диапазоне 2...30 МГц а учена на фиксированных 1 МГп [24). ц, а на бегущей — в диапазоне О... Интегрально-оптические волиоводные модулято ы. В ной оптике п спе перспективными модуляторами являются ак стооптичекустооптическое взаимодейские волноводные модуляторы [9, 27[. А стане существует во всех материалах и во всех фазах вещества.
Оно механические д о ма ии происходит благодаря явлению фолеоупругогти, и, когда периодические ие деформации в веществе вызывают изменения показателя преломления волново а с п д с периодом, равным длине акустической Лп= У" эф~ 0 и ' 0 /(2роаАН * = [Мя ' 10 Р /(2А)[цл (11 22) где М,=Л1,' э/ па) .фР с (р .) — ритерий качества акустооптического териала (табличная в еличина); У,ф — эффективный показатель п еого маломления волновода; Р, — акустическая мо , В щность, т; р — плотещ тва волновода; о, — скорость акустической волны, м/с; А — площадь поперечного сечения акустической волны, см'. Очень малое, порядка Лп/У,ф = 10~, изменение пок у риводит к значительному изменению фазы излуче— азател я ния, проходящего через звуковое поле в периодически еф ном ве естве. С щ .
двиг по фазе определяется зависимостью [27) ич ки деформированйр = Лп ° 2уе[з!и (2усу/Л,) Ха, где 1 — лин д а взаимодействия акустического и оптического й; у — координата. и го поле; Существует два основных типа дифракции света на поверхностных ция Брэгга. акустических волнах: дифракцня Раммана — На 11935 — ага 1 г.) и дифракчастотах, когда ши ина Эффект Раммана — Ната наблюдается при ри достаточно низких это явление ди ак да ширина ш акустического пучка мала.
По существ фр ции света на акустической фазовой решетке. у Физической основой и д фракции Брэгга является условие, когда дифрагированное излучение падающего пучка вновь иф ред тем, как покин ть ак ст овь дифрагирует пеакустического п чка или п уть акустическое поле. При увеличении ширины и ри повышении частоты звука над фазовой 218 Акуемииеегая данна..
ку еаннал дант а Рис. 11.о. Схемы акустооптическото м тора иа эффекте Брэгга: а — прииципиялииая; б — ипиструитии ппдлпжии ЫХЬО, с диффуяиеа т1О, модуляцией начинает преобладать амплитудная модуляция, обусловленная интерференцией излучения, многократно отраженного от неоднородностей показателя преломления вещества, создаваемых акустическими волнами. Дифракция Брэгга имеет место, когда фронт акустической волны достаточно велик, т. е.
когда число акустических волновых фронтов Я = 2пдош/Л,', в акустическом пучке шириной п1, пересекаемых пучком излучения и падающих под определенным углом, больше единицы. Этот угол, для которого дифрагированные оптические пучки практически испытывают полное гашение всех порядков, за исключением одного первого, называется углом Брггга (рис. 11.5, а) бв = агсгйп [Хе/(2Л,)). (11.23) При изменении частоты акустического поля возникает промодулнрованное по частоте оптическое излучение. На основе этого частотного смещения создают частотные волноводные модуляторы. Для волноводного модулятора глубина модуляции оптического пучка нулевого порядка интенсивностью /е [27[ и = э[па(Лтр/2).
(11.24) Длина участка взаимодействия без учета фактора перекрытия определяется зависимостью (рис. 11.5, б) 1 4УэфЛ,/Ле. Размеры волновода с[ и Ь выбирают из условия согласования длины взаимодействия и размеров оптического пучка: с( ж Ь ж 2Л,/ ' и = 2п,/ДУ уе/,). Удельная мощность акустического поля Р,/Л/ = 45Ф,ЮД4,), где Мх = У,фа~ — критерий качества модулятора (табличиая величина); 9 = 0,6...1 — фактор перекрытия; например, для [.[Ь[ЬОа М, = б,б 10 а сма/(с г ') [27).
219 дл ы! ддмз Руиз жгу в а)»уа р гз гз гз 22! Ширина полосы акустических волн частот 1, Л/ = и,/й = о,/~ 2)ьо//Л/ ф. Для определения конструктивных размеров встречно-штыревого преобразователя принимают условия: Л, = 2Е! = 4а,; /, = о,/Л„ где Е! — расстояние между соседними штырями; а, — ширина штыря, равная зазору между штырями: а, = Ет/2 = Л,/4 = о,/(4/,).
Пример. для зздзнных значений )ьз 0,63 мкм, /, 290МГц, р, 3,49 Х Х 10з см/с, Л, = 12 мкм, Д/з = 221 по формулам(!!.23), (!1.24) определим периметры волноводного модулятора, работающего нэ эффекте Брэггэ: 0е= 1'30', ! = 2,4 мм; Ь = !3,5 мкм; Л/= 258 МГц; Ра//а = 0,67 мВт/МГц; Р, = 50 Вт; гл 0,3; ат = 3 мкм; йз.
= 6 мкм. Рассмотренный еолноводный модулятор можно использовать и как дефлектор, и как пространственный переключатель канализированного е волноеодах лазерного излучения. 44.6. Виутрмрезонаториая модуляция. Метод модуляции добротности резонатора Хаотичность пульсаций интенсивности излучения в режиме свободной генерации препятствует практическому применению лазеров. Для практических целей необходимо управлять мощностью, пространственным и временным распределением излучения лазеров. Один из создателей квантовой электроники лауреат Нобелевской премии Ч. Тауке еще в 1960 г. говорил: «В ближайшее время внимание будет обращено на стабильность, точное управление, перестройку частоты и новые диапазоны частот...» 130]. Простейшим способом увеличения пиковой мощности является метод управления добротностью резонатора, предложенный Р.
У, Хеллеортом в 1962 г. Принцип действия генератора с управляемой добротностью основан на создании большой перенаселенности активных атомов на мегастабильном уровне. Накачка активной среды лазера производится при больших потерях мод резонатора, что достигается путем перекрытия зеркал. Известно, что индуцированное излучение возникает при условии самовозбуждения, т. е.
при такой накачке, когда усиление в активной среде за один проход энергии компенсирует возможные потери. Чем больше потери, тем выше порог генерации и тем больше должна быть энергия накачки. В м, омент следования заданного импульса накачки управление интенсивностью излучения достигается искусственным уменьшением добротности резонатора путем мгновенного внесения дополнительнйх потерь, в результате чего условие самовозбуждения не выполняется.
В определенный момент времени цикла накачки, когда потери быстро уменьшаются за счет открывания резонатора, возбужденные атомы, переходя на нижний уровень, излучают мощный короткий импульс. 220 а Рис. 11,6. Времени»)е зависимости энергии накачки Е „, добротности (), ннвер. снн населен населенностей /гй), мощности выходного излучения гигантского импульса Р л ц и добротности реэонэторэ твердотельного лазера (а) н зэвнснмостн инверсии нэселенностей ЬМ, потерь ))з (0 и плотности рч излучения в резонаторе от времени для гз ( /щ!п и /з = !щю (б)' Г, — время, соотнетстзующее порогу генерзиии; Г, — время одного прохода энергии з резонаторе; з зр рема маиснмальиого значения гигзнтсиого импульса мощности Получаемый импульс из-за огромной пиковой мощности излучения, порой достигающей единиц гигаеатт, назван гигантским, а метод повышения пиковой мощности — модуляцией добротности резонатора лазера (рис.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
