Magnich_L_N__Molchanov_V_Ya_-_Akustoopticheskie_u (1239102), страница 10
Текст из файла (страница 10)
Так, принижнем пределе дифракции Брэгга (Q==4jt) полосадефлектора А/ составляет всегоΔ/==0,75(σ/νΤλ).(3.13)Итак, для реализации максимальной полосы частотдефлектор должен работать в промежуточном режиме.Формулы (3.9) и (3.11) определяют оптимальныепараметры дефлектора. При уменьшении длины преобразователя L полоса дефлектора смещается в сторонуболее высоких частот и одновременно расширяется.Однако с уменьшением длины преобразователя уменьшается эффективность дифракции, а соответствующееувеличение управляющей мощности крайне нежелательно из-за тепловых искажений оптических характеристикакустооптического вещества.
Кроме того, на высокихчастотах увеличиваются потери звука в веществе, чтотакже искажает дифрагированный луч.3.3. Дефлектор в режиме линейного сканированияВ § 3.1 было показано, что быстродействие (времяпереключения) дефлектора при произвольном изменении акустической частоты (произвольной выборке)определяется временем пробега акустической волны через световое поле. Большее быстродействие может быть55AocfMrHyto β том случае, если акус^оптический дефлектор работает в режиме линейного сканирования света[32, 33].
Этот режим отличается от рассмотренного -(дискретного) тем, что акустическая частота, меняясь вовремени по пилообразному закону, вызывает непрерывное сканирование отклоненного пучка.Предположим, что пилообразное изменение акустической частоты Δ/ происходит с периодом Т. Предположим также, что время обратного хода пилы равняетсянулю. В момент скачкообразного изменения частотывозникает переходный процесс длительностью τ, идля отклонения света фактически используется лишьчасть частотного интервала Δ/ι=Δ/(1 —т/Г). Согласно(3.6) число разрешенных пятен определится формулойгде Wo — разрешающая способность этого же дефлектотора в дискретном режиме; ηΐι=τ/Τ. Ухудшение разрешения дефлектора компенсируется значительным увеличением его быстродействия. Различают среднее быстродействие (среднее число пятен, сканируемых за единицу времени): /?ι=Α^/7'=Δ//ηι(1 — т\) и мгновенное:Среднее быстродействие в режиме линейного сканирования при данном Т является функцией полосы частот Δ/.
Оно достигает максимума при mi=l/z:Заметим, что в этом случае Νη=Ν0/2, т. е. при максимальном среднем быстродействии разрешение дефлектора составляет половину от возможного разрешенияв дискретном режиме. При этом переход от одного пятна к другому происходит в Δ/τ /2 раз быстрее (так какпри mi==l/2 мгновенное быстродействие превышает среднее в два раза).Следует отметить, что рассмотренный режим работыдефлектора неизбежно вызывает цилиндрическую фокусировку отклоненного луча в плоскости сканирования,связанную с тем, что вдоль апертуры дефлектора акустическая частота в любой момент времени распределена по линейному закону. Фокус эквивалентной цилиндрической линзы определяется формулой [32]56Для того, чтобы скомпенсировать эффект фокусировкипри линейном изменении акустической частоты, можноиспользовать соответствующую цилиндрическую оптику.3.4.
Конструкции дефлектора и формирующейоптической системыТак как разрешающая способность дефлектора про1 порциональна его апертуре, то увеличение последнейявляется естественной тенденцией. Однако это требуетприменения специальной формирующей оптики. Формирующая оптическая система должна обеспечить боль-πη\=нь=-1*= —-—-тг|-гД*^-tЛ1 Лг1\/^\/^-МРис. 3.3. Схема формирующей оптической системы для акустооптического дефлектора.«#ι, «#5 — цилиндрические линзы; Л2, Л3 и Л4 — сферические линзышой размер светового пучка лишь в плоскости дифракции.
В другом измерении система должна фокусироватьпучок так, чтобы он полностью вписался в акустический столб шириной Я. Схема типичной оптической системы, формирующей эллиптический пучок, приведенана рис. 3.3. Падающий световой пучок расширяется донеобходимого размера телескопической системой, состоящей из линз е/72 и Л3. Цилиндрическая линза Л\,расположенная на входе системы, не оказывает влияниена ход лучей в плоскости дифракции, но фокусирует пучок в перпендикулярном направлении.
После отклоне57ния эллиптический пучок восстанавливается в аксиальный линзами с/74 и Л5 и проецируется на экране.Примером конструктивного выполнения формирующей оптической системы на λο—0,63 мкм, собранной посхеме рис. 3.3, может служить фотография на рис. 3.4.Рис.
3.4. Внешний вид формирующей оптической системы с дефлектором.Рис. 3.5.Акустооптическийдефлектор на 500 положений; λ0=-0,6328 мкмФотография дефлектора, используемого в данной системе, приведена на рис. 3.5.Звукопроводом в этом дефлекторе служит монокристалл молибдата свинца РЬМоО4 размерами 6Х15ХХЗО мм. Преобразователь из 36-градусного У-срезаниобата лития возбуждает продольную звуковую волну,58распространяющуюся в направлении оси^Ol кристалла. Преобразователь соединяется с поверхностьюзвукопровода методом холодной индиевой сварки в вакууме.
Центральная частота равняется 160 МГц; полосачастот дефлектора составляет 83 МГц с неравномерностью 3 дБ. Размеры акустического столба: LXH—=7X1 мм. С противоположной от преобразователя стороны к звукопроводу присоединялась согласованная акустическая нагрузка. Акустооптический элемент помещал-Рис. 3.6. Распределение интенсивности отклоненного дефлекторомсвета (сплошная линия).Два пятна разрешены по критерию Релеяся в массивный медный корпус, обеспечивающий теплоотвод от (преобразователя и звукопоглотителя. Эффективность дефлектора достигала 50% на I Вт СВЧ мощности.Оптическая система такого типа была рассчитана наработу с лазером ЛГ-36.
Размеры осей светового эллипса по уровню 1/е' г от интенсивности в центре составляли 30x0,16 мм. Диаметр отклоненного луча на выходе системы 0,3 мм. Потери света в оптической системес дефлектором менее 30%.На рис. 3.6 показано распределение интенсивностисвета в плоскости изображений (сплошная линия) приподаче на дефлектор двух сигналов, различающихся по59чистоте на 163 кГц. Этот частотный интервал оютветствовал двум разрешенным по критерию Релея позициям (величина провала, разделяющего два соседни:максимума, составляла около 20% от их амплитуд). Распределение интенсивности каждого из пятен на рис.
З.ипоказано штриховой линией. По критерию Релея дефлектор разрешает более 500 пятен.3.5. Тепловые искажения в дефлектореТепловые искажения в АОД проявляются сильнее, чем в АОМЭто объясняется тем, что световой пучок, проходящий через АОДобычно имеет малую расходимость. Выделение тепла при работ/АОД приводит к искажению распределения светового поля дифрагированного пучка и к уменьшению разрешающей способности.Тепловая деформация оптического пути дефлектора на молибдате свинца, рассмотренного в предыдущем параграфе, исследован;в работе [24].
Коэффициент поглощения звука в молибдате свинцаРис. 3.7. Искажения отклоненного света, вызванные нагревом кристалла дефлектора.Пьезопреобразователь расположен слева.мал, и в отличие от модулятора (см. § 2.4) нагрев звукопроводав дефлекторе обусловлен выделением тепла в пьезопреобразователеи поглотителе. В областях, непосредственно прилегающих к преобразователю и поглотителю, наблюдаются наиболее сильные искажения оптического пути. Это явление иллюстрируется фотографиейотклоненного света на удаленном экране (рис. 3.7), которая получена при равномерном освещении апертуры дефлектора и подачена его вход 3,2 Вт СВЧ мощности. Для того, чтобы разрешениедефлектора не зависело от подводимой 'мощности, целесообразноуменьшать его апертуру, экранируя края кристалла.
Вне этих областей оптический путь изменяется очень незначительно. Экспериментально было показано, что это небольшое изменение — линейное, а следовательно, оно не влияет на разрешение дефлектора иприводит лишь к повороту дифрагированного излучения в плоскости дифракции при изменении СВЧ мощлости.60На рис. 3.8 представлена ортоскопйчесКая картина, йолученная при равномерном освещении апертуры излучением, поляризованным под углом 45° к оси [001]. Интерференционные полосы являются изотермами, усредненными в направлении распространениясвета. Фотография сделана после 15-мин прогрева дефлектора при3,2 Вт СВЧ мощности. Разность температур, соответствующая двумсоседним полосам, равна 1,42°С.(Рис. 3.8.
Изотермы кристалла дефлектора в направлении распространения светаПриведенные результаты указывают на необходимость уменьшения мощности, требуемой для работы акустооптического устройства, и улучшения отвода тепла. В дефлекторах на молибдате свинца предпочтительно использовать необыкновенный луч как менеечувствительный к тепловым градиентам.3.6.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
