Magnich_L_N__Molchanov_V_Ya_-_Akustoopticheskie_u (1239102), страница 8
Текст из файла (страница 8)
С помощью формул Когельника [25]легко показать, что для любого значения акустической мощностисуществует точка, в которой модулятор не искажает дифрагированного поля, а при условииα>2ο(2.19)ее положение не зависит от акустической мощности и совпадаетс положением перетяжки. Расходимость дифрагированного пучкаувеличивается, если модулятор находится до перетяжки и уменьшается, если модулятор помещается после перетяжки.Условие (2.19) позволяет произвести селекцию акустооптических материалов, применение которых в модуляторах заведомо невызовет температурных искажений.Предположим, что АОМ имеет оптимальные параметры, определяемые выражениями (2.15) и (2.16), а также, что акустическаямощность такова, что перекачка в брэгговский порядок максимальна. Тогда из (1.34), (2.15), (2.18), (2.19) и условия а=>1 получимβ/χ [α + (1/Λ) (dn/dT)} < M2 /λ\8.Последнее выражение не зависит от геометрии модулятора,а определяется только константами материала и длиной световойволны.
Оно определяет класс акустооптических материалов, применение которых в АОМ, оптимизированных по полосе модулирующих частот, не приведет к тепловым искажениям прошедшего идифрагированного лучей.2.5. Применение акустооптических модуляторовАОМ могут использоваться в тех же устройствах илиэкспериментальных установках, где ранее использовались электрооптические модуляторы (ЭОМ), успешноконкурируя с ними.44Преимуществом АОМ является: более высокая контрастность, определяемая отношением максимальнойдифрагированной световой мощности к минимальной;меньшая управляющая мощность и низковольтный вход,то позволяет использовать транзисторный подмодулячт.о.р; простая оптическая схема, в которой отсутствуютсклейки элементов; температурная стабильность модуля-,ционной характеристики.АОМ может размещаться как вне резонатора лазера,так и внутри его.
Внешние и внутренние АОМ отличаются по конструкции и параметрам. Рассмотрим сначала внешние АОМ по сравнению с внешними ЭОМ.Контрастность. Характерная величина контрастностиЭОМ 102, для АОМ легко получить величину 103 — 104.1Эта цифра главным образом определяется рассеяниемсвета в материале и может быть еще увеличена.Управляющая мощность. Известно, что ЭОМ, представляющий собой чистую емкость, не потребляет, еслиотвлечься от диэлектрических потерь, при модуляцииэнергии. Вся энергия источника модулирующего сигнала рассеивается на его внутреннем сопротивлении.Для того, чтобы обеспечить диапазон частот модуляцииот 0 до /м (по уровню 3 дБ), внутреннее сопротивлениеисточника должно составлять ]/лЗ(2яС/м)~1 Ом, где С —емкость ЭОМ. Мощность, рассеиваемая в источнике, принепрерывной модуляции на частоте /м определится выражениемДля типичного ЭОМ на кристалле DKDP оолуволновое напряжение 2(7=200 В, С=100 пФ.
Следовательно,7например, при /м=10 Гц в источнике будет рассеиваться, если пренебречь емкостью подводящих проводов, неменее 8 Вт. АОМ, выполненный на молибдате свинца,для модуляции интенсивности света в той же полосечастот потребует менее 1 Вт управляющей мощности,причем для источника сигнала АОМ играет роль согласованной нагрузки.Конструкция. Простая оптическая схема АОМ и от*сутствие склеек не только улучшают качество прибора,но и позволяют модулировать большие непрерывныемощности излучения до 15 Вт. Такие мощности обычнопрожигают склейки в кристаллах и поляризационных.ЗОМ,_____________________-~ ............45Температурная стабильность.
В большинстве ЭОМ используются кристаллы, обладающие естественным двулучепреломлением, величина которого зависит от температуры [26]. Для компенсации температурной нестабильности приходится прибегать к специальным мерам, нодо конца ее ликвидировать не удается. В АОМ причиндля заметной температурной нестабильности модуляционной характеристики нет.Единственнымпреимуществом ЭОМ перед АОМявляется принципиальная возможность получить болееширокую полосу модуляции, однако из-за ограниченнойэнергетики подмодулятора реализовать ее обычно удается лишь для импульсов, идущих с большой скважностью, или для небольших индексов непрерывной модуляции.Внутренние АОМ характеризуются тем, что для обеспечения высокого оптического качества в них обычноиспользуется плавленый кварц. Можно выделить дваФирмаизготовительHarrisIsometZenithЦентральнаячастота, МГцПараметры акустооп1*Hi 00—<8(0,1)400—H200—<450(1,5)701201120512061207 A0,44—1,060,44—1,060,44—1,0610,6M40RM201RM70UV0,4—1,20,6—3,00,2—0,5Модель0,488—0,51450,43—0,640,44—0,64DatalightSoro46Рабочая длинаволны, мкм,M30MIM— 500,4—0,70,4—0,7Время нарастания(при диаметрелуча, мм) не50(0,25)25(0,1)15(0,075)70(0,6)ЮО(-)ЮО(-)50(0,5)60(-)50(-)25(-)<16(-)<1014080ПО40>9040—7085908060459090' 85605080—200250<70>80внутренних АОМ: затворы для твердотельных лазеров, модулирующие добротность резонатора [27], имодуляторы, обеспечивающие импульсный вывод энергии, запасенной в резонаторе непрерывного лазера [28].Затворы.
Лазер с модуляцией добротности резонатораработает следующим образом. В процессе накачки лампой активного элемента включается АОМ, который благодаря дифракции света вносит в резонатор потери,обеспечивая такую низкую добротность, при которой невыполняются условия генерации. Когда энергия, запасенная активным элементом, достигает необходимогоуровня, АОМ выключается и происходит генерациямощного и короткого импульса излучения. Первоначально модуляция добротности осуществлялась механически, например, с помощью вращающегося отражателя,затем стали использоваться электрооптические затворы,а позднее — АОМ. Преимущества АОМ — низкие потерисвета и способность одинаково эффективно модулироТ а б л и ц а 2.1тических модуляторовУправляющаяСВЧ мощность,Вт (при длиневолны, мкм)Апертура,мм,Контрастность>500:1—— > 1000:12(λ 0 -=0,63)1,6(λ 0 =0,63)1,6(λ 0 =0,63)2X4 > 1000:1>1000:11> 1000:11—12(λ0 = 10,6)——2,5(-)———22Оптическая мощность (плотностьмощности)—МатериалзвукопроводаПлавленыйкварцСтекло —тяжелыйфлинт80 Вт /мм 2250 Вт/мм 2250 Вт /мм 22Вт252——1000:11,81,51,91000:11000:1800:1___2X4500:12000:11 Вт0,7 ВтСтеклоРЬМоО4РЬМо04GeСтеклоПримечаниеВнутренний модулятор—___КварцСтекло•РЬМоО4РЬМоО447вать любую поляризацию, поскольку в этих затворамиспользуется сдвиговая звуковая волна.
На сдвиговойволне эффективность дифракции в плавленом кварцеочень низка (Λί2=0,3), поэтому такие затворы требую-!большие управляющие мощности —до 50 Вт и водяноеохлаждение. Но поскольку АОМ встраивается в лазеры,уже имеющие охлаждение и значительное энергопотребление, это обстоятельство не вызывает серьезных труд-Рис. 2.8. Конструкция резонатора для импульсного вывода излученияс помощью АОМ:.,,. ,/—зеркала; 2 — АОМ; 3 — разрядная трубканостей. Несущая частота акустооптических аатворовобычно 25—50 МГц, быстродействие^! мкс.,!Импульсный вывод излучения из резонатора. Известно, что для ряда непрерывных лазеров интенсивностьсветового излучения, заключенного между зеркалами резонатора, во много раз превышаетинтенсивность, излу[чаемую через эти зеркала.,С помощью модулятора, помещаемого внутрь резонатора, можно вывести всю запасенную там энергию в виде короткого и мощного импульса.
Эксперименты сЭОМне только показали принципиальную возможность создания такого прибора, но и выявили определенные трудности, связанные с потерями излучения в склейках иполяризационном элементе [29, 30]. ИспользованиеЛОМ позволило преодолеть эти трудности [28]. Дляобеспечения необходимого быстродействия свет в -резонаторе внутри АОМ фокусировался системой зеркал(рис. 2.8). Быстродействие АОМ составляло, 5 не, несущая частота 400 МГц. Модулятор: в этом устройствевключается на очень короткое время (на время двойногопрохода светового луча через резонатор), что составляет около 10 не, и работает с большой скважностью, по48скольку время восстановления энергий в резонаторе составляет несколько микросекунд. Средняя мощность,потребляемая модулятором в таком режиме, составляетнесколько ватт.Сдвиг частоты излучения. Все варианты использования АОМ основаны на их определенных преимуществахперед ЭОМ.
Применение АОМ для сдвига частоты лазерного излучения — это самостоятельная область, которая практически не перекрывается с ЭОМ. Световойсигнал со сдвинутой частотой часто необходим в системах гетеродинного приема излучения. Величина частотного сдвига может перестраиваться в пределах полосыпьезопреобразователя изменением частоты управляющего сигнала. В настоящее время такой сдвиг с высокойэффективностью перекачки может быть реализован дочастот 0,8—1 ГГц.
Параметры акустооптических модуляторов, выпускаемых ведущими зарубежными фирмами, приведены в табл. 2.1.3. Акустооптические дефлекторы3.1. Разрешающая способность дефлектораIВ отклоняющих акустооптических устройствах — дефлекторах сканирование лазерного луча осуществляетсяпутем изменения акустической частоты. В этом параграфе будут рассмотрены дефлекторы, использующиеизотропную брэгговскую дифракцию, для которой справедливы все предыдущие выводы. Теория анизотропныхдефлекторов будет изложена ниже.Акустооптические дефлекторы (АОД) работают сосветовыми пучками, расходимость которых значительноменьше расходимости звукового поля, т. е. при а<^1.Легко видеть, что в этом случае распределение полядифрагированного света идентично распределению поляпадающего света.
Действительно, как показано в § 1.7,при а<С1 в выражении (1.48) можно пренебречь вторыммножителем. Тогда распределение поля дифрагированного света в дальней зоне определится фурье-преобразованием (1.49) от распределения поля падающего света(1.40) на апертуре дефлектора. Эта особенность позво4—35749ляет при анализе характеристик дефлектора оперировать только с полем падающей волны, а также формально считать, что отклоненное дефлектором поле есть нечто иное, как поле падающего света, продифрагировавшее на его конечной апертуре. Напомним, что по условиям вывода (1.48) под апертурой дефлектора следуетпонимать его линейную апертуру в плоскости дифракции.Важнейшей характеристикой дефлектора являетсяразрешающая способность. Под разрешающей способ»ностью понимают число разрешенных в пространствесветовых элементов (пятен) или световых позиций, которое обеспечивает дефлектор при изменении частотыакустического поля.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
