Svet_i_zvuk_vzaimodeystvie_v_srede (1239103), страница 6
Текст из файла (страница 6)
е. напраВление ВектОра я» проследим, как зависят значения частот ~~ и ~2 и углы рассеяния 6'~ и 9 2' От угла Йв, под которым падает сВет на звукоВОЙ пучок. Ограничимся случаем одноосного кристалла; плоскость ВзаимодеЙСТВИЯ, т. е. Плоскость, в КотороЙ лежат ВолноВые Векторы сВета и зВука, считаем перпендику" лярной оптической оси кристалла. В этом случае сечения пОВерхностеЙ ВолнОВых Векторов плОскОстью Взаи модействиЯ предстаВлЯют с06ОЙ Окружности как для обыкновенной, так и для необыкновенной волн.
Пусть показатель преломления падающего света па больше показателя преломления дифрагированного света и, и окружность волновых векторов дифрагированно- ГО света лежит Внутри Окружности Векторов падающего, как изображено на рис. 4. Когда брэгговский угол 9в раВен —, сВет распространяется Вдоль акустиче- 2 ского пучка, Для звука с частотой " (ПО+П~) ~Ц Возникает уже знакомое нам рассеяние дифраГирОВан ° ного света назад с единственной разницей, что отражен ное излучение имеет друГую поляризацию, нежели па дающее„ если звуковая частота 12 равна значению 10 '(по — п1), то дифрагированный свет распространя~о ется В том же направлении, чтО и падающий. Это явле ние, свойственное только,анизотропной среде, получило название коллинеарнОЙ дифракции.
Оно возникает в результате дВулучепреломления падающеГО СВета на неоднородностях показателя пр»елОмления! При нОрмаль ном паДении на Границу такоЙ неоДнорОДности небольа шая доля энерГии падафщФГО излучения переходит В Используя прикрепленные к образцу пластинки или нанесенные на его поверхность пьезоэлектрические плей ки, мбжнО ВОЗбуждать В нем ЗВукоВые ВОлны В широ ком Лиапазоне часТот вплоть Ло Лесятков гигагерц с интенсиВностями ВплОть до десяткоВ Ватт на квадрат~ ныЙ сантиметр. ДифраГирОВанный свет реГистрируется с помощью оптической.
системы. Входящая в ее состав линза собирает свет, отклоненный .в соответствующий порядок дифракции, на ' экране фотоприемного устройства. При необходимости с помощью анализатора можно Выд4лить, из ОтклоненноГО излучения световые Волны с Определенной поляризацией.
В акустооптических устройствах используются оба типа резоианснОЙ дифракции: как дифракция Рамана— Ната, так и дифракция Брэгга. В зависимости от назначения имеется несколько типОВ акустооптических устрОЙстВ: дефлекторы и сканеры, молуляторы, Оптические фильтры и т. д., предназначенные для управле'ния различными характеристиками светоВОГО луча. Акустооитические. дефлекторы. Акустооптические дефлекторы представляют собой устройства для управления напраВлением световоГО луча В пространстВе.
БрэГ- говская дифракция дает простой способ отклонения светового излучения: в качестве отклоненного используется луч дифрагированного света. Угол отклонения Определяется частотой ультрззВука ~, поэтому при из; менении звуковой частоты Лифрагированный луч пере; мещается В пространстве. ЭтОт принцип и положен В основу работы ' быстродействующих акустооптических дефл оров.
В таком дефлектопе (рис. 7) луч а па дает на акустооптическую Ячейку в которой Возбуждается звуковая волна с частотой ~(~), изменяющейся времени. СВет, отклоненныЙ в результате брэгГОВ- скОЙ дифрзкции, фокусируется В Определенной точке фотоприемного устройства. При изменении частоты звука меняется и уГОА Отклонения дифраГирОВаннОГО света~ В результате происходит перемещение светоВОГО пятна по экрану .
фотоприемноГО устройстВЗ. Закон изменения ВО Времени звукоВой частоты Определяет характер пе" ремещения ' луча. Лкустооптические дефлекторы Осуще" ствляют как непрерывное перемещение луча, так и его отклонение по набору фиксированных направлений. Важнейшими характеристиками дефлектора являются максимальное угловое перемещение луча ~ и связан- 38 Для дефлектора с высокой разрешающей способностью требуется значительная расходимость звукового пучка, а следовательно, минимальная его толщина Р. Падение эффективности дифракции, вызванное . уменьшением длины акустооптичюского взаимодействия, компенсируют увеличением вводиМОЙ акустическоЙ Мощности. Од» иако с увечичеиием разрешающей способности М падает эффективность использования этой мощности, так как на дифракцию света расходуется лишь 1/Ш ее часть. Применяя в акустооптической ячейке двулучепреломляющию материалы, мОжнО сущестВенно улучшить -характеристики дюфлюкторОВ.
ДлЯ уВюличения Диапазо -на уГловых перемещений сВютОВОГО луча В таких дефлюкторах используется анизотропная дифракция сВЮ та вблизи минимального значения угла Брэгга Ймии. При падении сВюта под уГлом 9щдн на слабо расходи"' щийся звуковой пучок условие Брэгга выполняется для -достаточно широкого диапазона акустических частот, а:следовательно, ОбюспючиВаютсЯ значительный интерВал уГлоВ Отклонения дифраГированнОГО сВета.
Это позВО" ляет пользоваться широким акустическим пучком. В ре-зультате Высокоэффективная дифракция получается при меньшеЙ акустическоЙ мощности и возникает зна- читюльныЙ ВыиГрыш В разрешении пО сравнению с дефлекторами, в которых используются изотропные материалы. Управлять дифрагированным лучом можно также, используя фазированную решетку излучателеЙ, предстаВляющую собоЙ Систему акустических прюобр азова« -тюлюй, излучающих зВукоВые ВОлны, сдВинутые по: фа" ае.друг относительно друга. Параметры системы подбираются таким образом, чтобы для центральной ча.стоты пОлОсы пропускания интерференция этих ВОлн приводила бы к образованию результирующей волны, фронт Которой параллелен плоскости преобразователей. При изменении частоты фронт результирующей волны поворачивается так, чтобы компенсировать соответствующее приращение угла Брэгга.
Этот способ возбуждения зВука позВОляют В несколько раз уВюличить полосу пропускания и разрешающую способность дюфлюктора. С помощью акустооптических дефлекторов можно ОсущестВлять как Однокоординатное, так и двукоордн" натною Отклонение сВютОВОГО луча. В последнем случае используются два скрещенных одномерных дефлектора, причем Они могут быть совмещены в одной акуатооптической ячейке.
Современные дефлекторы' позволяют по. лучать 10З вЂ” 10' разрешимых элементов со временем перехода от одного элемента к другому порядка 106 —. 10~ с, Доля отклоненного света достигает нескольких десятков процентоВ при потребляемоЙ акустическОЙ мощности 0,1 — 1 Вт. Акустооптнческие модуляторы, Для управления интенсивностью как проходящеГО, так и дифраГированнОГО сВета достаточно. изменять интенсивность зВуковоЙ Вол ны, на которой происходит дифракция.
На этом принципе основано действие акустооптических модуляторов — приборов, управляющих интенсивностью свето- НОГО луча. Для их создания может использоваться моду. ляция как проходящеГО, 'йк и "дифраГирОВаннОГО света. Последняя используется чаще, поскольку модуляция проходящего излучения требует значительных акустических мощностей. Лкустооптический модулятор представляет собой акустоептическую ячейку, в которую вводится звуковая волна, интенсивность 1„(1) которой ме. няется во времени, Фотоприемное устройство принимает луч, Возникающий В результате дифракции. Интенсив~ ность луча меняется ВО Времени по заданному закону. Акустооптические фильтры.
Брэгговская дифракция -позволяет выделить из широкого спектра оптического излучения достаточно узкий интервал длин световых волн; изменением частоты звука выделяемый интервал можно перемещать по оптическому спектру, На этом свойстве брэгговской дифракции и основано использование акустооптнческой ячейки в качестве спектрального прибора — перестраиваемого оптического фильтра, Как правило, в акустооптических фильтрах используется анизотропная дифракция В ДВулучепреломляющих кристаллах (рис.
8). Разделение проходящего и дифраГированного света осуществляется системоЙ поляризаторов. На акустооптическую ячейку падает плоско по. ляризованный свет, степень поляризации котороГО кон. тролируется поляризатором. Свет, проходя через ячей. ку, создает В узком спектральном интервале Оптическое излучиП1е друГОЙ пОляризации, ' ВыделяемОе полярнза ционным анализатором.
Поскольку с уВеличением дли. ны акустооптическОГО Взаимодействия еГО эффектив~ ность Возрастает, а . ширина спектральноГО интервала дифрагированного света уменьшается, в фильтрах ис ° Интенсивность звука выбирается так, чтобы на выходе НЗ фильтра основная доля (50 — 100%) Оптического излучения в полосе пропускания изменила поляризацию в результате анизотропной дифракции.
При длинах Взаимодействия порядка ..нескольких сантиметров звуковые интенсивности оказываются порядка 1 Вт/см2. Диапазон Оптической перестроЙКИ определяется шириной полосы акустических частот, возбуждаемых элеъ троакустическим преобразователем, и частотной зависимостью поглощения ультразвука в,используемом материале..,Ц,,современных акустооптических фильтрах ширина полосы пропускания варьируется в пределах от 0,1 до 10 А, а диапазон перестрОЙки перекрыВает, как праВило, Весь ОптическиЙ участок Электромагнитного спектра. Все акустооптические устройства используются как для внешнего управления световым- лучом, так и для упраВления прОцессом Генерации и параметрами 'кОГереитного: излучения непосредственнО Внутри ОптическОГО квантового' генератора.
Помещенная внутрь оптического резонатора акустооптическая ячейка позволяет Осуществлять модуляцию его лобротности и отклонение ла. зерного луча для вывода его из резонатора. ИспользоВание акустооптических фильтров в лазерах с широким спектром генерации позволяет получать узкие линии излучения, перестраиваемые,внутри диапазона генерации за счет изменения ЗвуковОЙ часто1ы. Наконец, Введение акустической волны непосредственно в активнуЮ среду лазера обеспечивает высокую спектральную селективность'и позволяет упраВлять порогом Генерации за счет создания распределенной обратной связи..Изменением зв$~ковой амплитуды можно менять эффектив ность обратной связи и тем самым управлять интенсивИОстью ГенерируемОГО сВста.
Акустооптические процессоры. Помимо выполнения своей непосредствениОЙ функции — упраВления сВетоВым излучением, акустооптические устройства послужили ОснОВОЙ для создания целого класса устройстВ ОбрабОтки сиГналов — акустооптических про1жссоров, которые В Отличие От цифрОвых Вычислительных машин позВО- ляют производить параллельную Обработку информации. Работа их основана иа гам, что переменный во Времени электрический сигнал преОбразуется В акусти ческуи волну, которая, распроСтраняя"ь в акустоопти- ЛкустООптические процессоры мОГут Выполнять быст~' рыЙ анализ спектроВ сиГналоВ, пропускать тОлькО Опр9~ деленную часть спектра сигнала, т.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
