Magnich_L_N__Molchanov_V_Ya_-_Akustoopticheskie_u (1239102), страница 13
Текст из файла (страница 13)
Коэффициент преломления обыкновенного луча для сапфира яо=1,77 двулучепреломление,я0—яе—0,008, υ=5,85·105 см/с. Центральная частота рабочего диапазона /о, определяемая выражением (4.2),ί на длине волны 0,63 мкм составляет 1,3 ГГц. Экспериментально получена полоса сканирования 500 МГц.f Основные соотношения анизотропной дифракции в этойΙ работе были подтверждены, хотя на основе сапфира не* удалось создать дефлектор с удовлетворительными параметрами из-за kero низкого коэффициента акустооптиI ческого качества.
То же можно сказать и о ниобатеI лития, исследованном в работе [42]. Возможность пракί тическогоиспользования анизотропной дифракцииI в акустооптическом дефлекторе связана с появлениемоптически совершенных кристаллов парателлурита.Парателлурит (химическая формула ТеСЬ)—тетрагональный кристалл класса (422), обладающий оптической активностью. Вдоль его оптической оси право- илевоциркулярно-поляризованные световые волны распространяются с отличающимися скоростями, причемсоответствующая разность коэффициентов преломлениясоставляет всего 4,5·10~3.
Парателлурит обладает редким сочетанием свойств, сделавших этот материал одним из самых перспективных в акустооптике. Так, сдвиговая звуковая волна, распространяющаяся вдоль оси[110], имеет очень небольшую скорость — всего 0,61 X5Χ Ι Ο см/с, что позволяет при тех же апертурах светового луча получать большее по сравнению с другими75материалами разрешение. Коэффициент акустооптического качества при дифракции света на этой волне поотношению к плавленому кварцу составляет 510. Управляющая мощность в дефлекторах на ТеО2 относительноневелика даже при /,/Я<1, что позволяет использоватьсветовые лучи с круглым сечением и обходиться безсложной формирующей оптики с цилиндрическими ликзами.
Уже сейчас доступны кристаллы парателлурит;···размером до нескольких сантиметров. Впервые анизотропный дефлектор на парателлурите был изучен в работе [45]. Векторная диаграмма дифракции соответствует рис. 4.2. Звуковая волна в кристалле распространялась вдоль оси [ПО], излучение — под небольшихуглом к оси [001]. Центральная частота диапазона, зависящая от длины световой волны, определяется выражением (4.2). Например, при λο—0,63 мкм fo—42 МГцпри λο=0,44 мкм fo=85 МГц.
В изотропных дефлекторах для достижения необходимого частотного диапазонеприходится жертвовать эффективностью, чтобы обеспечить большую расходимость звуковой волны. При ЭТОУвозникает дифракция света в более высокие порядкисвойственная режиму Рамана — Ната. В дефлекторе напарателлурите, благодаря слабой зависимости угла падения луча от частоты, для достижения необходимойрасходимости звука не нужно укорачивать пьезопреобразователь. В частотном диапазоне от 60 до 120 МГцв парателлурите расходимость звука должна составлять 0,15°, для изотропного дефлектора эта же величинаравна 1,2°.
Это означает, что длина пьезопреобразователя L изотропного дефлектора в восемь раз меньше,чем анизотропного. Соответственно должна возрасти иуправляющая мощность, что крайне нежелательно из-затермических эффектов, возникающих при больших уровнях лерекачки.Все же преимущество анизотропной дифракциив описанной геометрии проявляется не полностью, и дефлектор имеет следующие недостатки: слишком низкаяцентральная частота не позволяет получать частотныйдиапазон сканирования с таким распространенным источником излучения, как лазер на смеси Не—Ne; в центре частотной характеристики расположен глубокийпровал, связанный с двухфононным процессом.В работе [48] предложена геометрия взаимодействия, при которой частота вырождения выводится из частотного диапазона дефлектора, а частотный диапазон для света длиной волны 0,63 мкм76расположен от 47 до 97 МГц.
Для этого в акустооптическом элементе дефлектора, изготовленном из парателлурита, волновой вектор звуковой волны направлен под небольшим углом 9 а к оси [110](рис. 4.5). Разница скоростей распространения падающей и дифрагированной волны, как видно из рисунка, определяется уже неоптической активностью, а двулучепреломлением кристалла. Величины волновых векторов падающего и дифрагированного света извуковой волны зависят от угловft (θβ) =2™ (9Б)Д0; Α, (Θ.) =2п Я1 (θ,χ/λ.;Для работы в широком частотном диапазоне необходимо, чтобыони образовывали на центральной частоте прямоугольный треуголь-Рис.
4.5. Векторная диаграмма дефлектора на парателлурите * с неаксиальнойгеометриейРис. 4.6. Конструкция акустооптического элемента дефлектора с неаксиальной геометрией:/ — прошедший свет; 2 — дифрагированный свет; 3 — пьезопреобразователь; 4 — поглотитель звуканик, т. е. чтобы звуковой вектор касался кривой, образованной движением конца волнового вектора обыкновенной волны (рис.
4.5).Из-за асимметрии векторной диаграммы вторичная дифракцияотклоненного излучения на этой частоте невозможна.На рис. 4.6 показана конструкция акустооптического элемента,реализующая эту векторную диаграмму. Угол 9а составляет 6°,звуковой луч наклонен к оси [ПО] под углом 51,3°. Такой наклонявляется следствием сильной акустической анизотропии парателлурита.На рис.
4.7 приводится зависимость углов падения и дифракции от частоты звука. При падении света с разных сторон нафронт звуковой волны условие dQB/df=Q выполняется на частотахf (μ— 72 МГц и /02=136 МГц. Между этими двумя частотами лежитчастота вырождения f o = l l l МГц, не попадающая в частотный диапазон дефлектора.Угол падения излучения 9Б = 4,2° на частоте 72 МГц, котораябыла выбрана центром рабочего диапазона. Для обеспечения перпендикулярного падения света на входную грань акустооптического77элемента последняя была скошена под этим же углом по отношению к оси [НО].Отклонение от аксиальной геометрии на 6° приводит к уменьшению коэффициента качествапримерно на 20% и к увеличениюскорости звука от 0,61-10 5 до 0,65-105 см/с.
В приборе для получения эффективности 92% потребовалась мощность 0,21 Вт. Нарис. 4.8 показаны частотные характеристики анизотропных дефлекторов со звуковой волной, бегущей по оси [ПО], и с волной,имеющей нормаль, наклоненную под углом Оа=6° к этой оси!40Рис. 4.7. Зависимость угловпадения ОБ и дифракции θι(углы отсчитываются от оси[001]) от акустической частоты длянеаксиальногодефлектораРис.
4.8. Частотная характеристиканеаксиального(сплошная) и аксиального(штриховая линия) дефлекторовВ первом случае полоса дефлектора по уровню 3 дБ равна 38 МГис глубоким провало!м в центре частотной характеристики, во втором—50 МГц.Дефлектор с описанной геометрией не использует оптическуюактивность парателлурита, поскольку при таком отклонении направления распространения света от оптической оси ее величина пренебрежимо мала.Следовательно, в схеме прибора не нужна четвертьволноваяпластинка, что существенно упрощает конструкцию. В дефлектореудалось получить 1500 позиций, разрешенных по критерию Релея,с временем переключения при произвольной выборке 30 мкс [49].4.4.
Перестраиваемые акустооптические фильтрыДля перестраиваемых фильтров используется какколлинеарная геометрия взаимодействия, описаннаявыше, так и неколлинеарная. Хронологически первымбыл изучен фильтр, основанный на коллинеарной дифракции в анизотропной среде. Теория фильтра [50] выведена для следующих условий.В одноосном отрицательном кристалле падающий идифрагированный лучк и звуковая волна направлены78перпендикулярно оптической оси. Падающий луч поляризован вдоль оси (необыкновенный л у ч ) , дифрагированный— перпендикулярно ему (обыкновенный л у ч ) .Для дифракции используется сдвиговая звуковая волна.На выходе фильтра расположен анализатор, пропускающий только дифрагированный свет.Пусть световые и звуковая волны распространяютсявдоль кристаллографической оси У.
Для определенияинтенсивности света, изменившего в процессе акустооптического взаимодействия поляризацию, следует вновьвоспользоваться волновым уравнением (1.13а), положив в нем д2'Еп1дХ2'=0. Электрическое поле падающейи дифрагированной волн представим в видеEl = Et(Y)exp{i(,at-klY)},Е3 = E t ( Y ) exp {i [(ω + Ω) t - (k + Κ) Υ}}.Применив стандартную процедуру вывода уравненийсвязанных волн, для интенсивности излучения на выходефильтра найдемгдеУ'L — расстояние, которое проходят лучи в возмущеннойсреде. Максимальная прозрачность фильтра достигаетсяпри условии Δ£—0 и L ]/ξιξ2=π.
Последнее равенствовыполняется, если плотность акустической мощности22Pna=h 0/2M2L . Для поддержания пропускания фильтрав процессе перестройки постоянным акустическая мощность должна меняться обратно пропорционально квадрату частоты. Условие Δ££=2π позволяет найти оптическую полосу фильтраΔλο=λ2ο/ (2&nL),(4.3)где ΔΑΖ=|ΛΙ—п\ принято не зависящим от длины волны.Быстродействие фильтра, как и других акустооптическихприборов, определяется временем прохождения звуковой волны через область взаимодействия со светом.Один из первых вариантов акустооптического фильтра (рис. 4.9)с коллинеарным взаимодействием экспериментально исследован в работе [51].
В фильтре использован кристалл СаМоО4 с относительно79небольшим двулучепреломлением Δη=0,01 и с небольшой скоростью5сдвиговой волны υ=2,95·10 см/с. Звуковая волна возбуждаетсясдвиговым пьезопреобразователем. Отражаясь от поверхности, ско~шенной под углом 45°, волна не меняет своего типа и в кристаллераспространяется вдоль оси [010] с поляризацией по [001], создавая деформацию S=S4.Фильтр позволяет перекрыть всю видимую область длин волисветового излучения при перестройке акустической частоты от 40до 100 МГц.Рис. 4.9.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
