Акустооптические устройства и их применение - Магдич Л.Н.
Скачать (прямая ссылка):
*01
40
80 120 ЪМГц
Рис. 4.7. Зависимость углов падения 0Б и дифракции 01 (углы отсчитываются от оси [001 ]) от акустической частоты для неаксиального дефлектора
Рис. 4.8. Частотная характеристика неаксиального
(сплошная) и аксиального (штриховая линия) дефлекторов
В первом случае полоса дефлектора по уровню 3 дБ равна 38 МГи с глубоким провалом в центре частотной характеристики, во втором - 50 МГц.
Дефлектор с описанной геометрией не использует оптическую активность парателлурита, поскольку при таком отклонении направления распространения света от оптической оси ее величина пренебрежимо мала.
Следовательно, в схеме прибора не нужна четвертьволновая пластинка, что существенно упрощает конструкцию. В дефлекторе удалось получить 1500 позиций, разрешенных по критерию Релея, с временем переключения при произвольной выборке 30 мкс [49].
4.4. Перестраиваемые акустооптические фильтры
Для перестраиваемых фильтров используется как коллинеарная геометрия взаимодействия, описанная выше, так и неколлинеарная. Хронологически первым был изучен фильтр, основанный на коллинеарной дифракции в анизотропной среде. Теория фильтра [50] выведена для следующих условий.
В одноосном отрицательном кристалле падающий и дифрагированный лучи и звуковая волна направлены 78
перпендикулярно оптической оси. Падающий луч поляризован вдоль оси (необыкновенный луч), дифрагированный- перпендикулярно ему (обыкновенный луч). Для дифракции используется сдвиговая звуковая волна. На выходе фильтра расположен анализатор, пропускающий только дифрагированный свет.
Пусть световые и звуковая волны распространяются вдоль кристаллографической оси У. Для определения интенсивности света, изменившего в процессе акустооптического взаимодействия поляризацию, следует вновь воспользоваться волновым уравнением (1.13а), положив в нем д2Еп/дХ2=0. Электрическое поле падающей и дифрагированной волн представим в виде
Применив стандартную процедуру вывода уравнений связанных волн, для интенсивности излучения на выходе фильтра найдем
L - расстояние, которое проходят лучи в возмущенной среде. Максимальная прозрачность фильтра достигается при условии Д?=0 и L j/gig2=Ji. Последнее равенство выполняется, если плотность акустической мощности Рпа=Х2о/2М2Ь2. Для поддержания пропускания фильтра в процессе перестройки постоянным акустическая мощность должна меняться обратно пропорционально квадрату частоты. Условие AkL=2n позволяет найти оптическую полосу фильтра
где Ап= | П\-п | принято не зависящим от длины волны. Быстродействие фильтра, как и других акустооптических приборов, 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 СаМо04 с относительно
Е1 = Ео (У) ехР {* К - к У)},
Е3 = Ех (Y) ехр {i [(со + Q) t - (к + К) Y)}.
где
Дk = k + K-kt;
АКо=Х2оI (2АпЬ),
(4.3)
79
небольшим двулучепреломлением Ап=0,01 и с небольшой скоростью сдвиговой волны и=2,95*105 см/с. Звуковая волна возбуждается сдвиговым пьезопреобразователем. Отражаясь от поверхности, скошенной под углом 45°, волна не меняет своего типа и в кристалле распространяется вдоль оси [010] с поляризацией по [001], создавая деформацию S=S4.
Фильтр позволяет перекрыть всю видимую область длин воли светового излучения при перестройке акустической частоты от 40 до 100 МГц. "
Рис. 4.9. Схема акустооптического фильтра на молибдате кальция:
/ - поляризатор; 2 - анализатор; 3 - пьезопреобразователь; 4 - поглотитель звука; 5 кристалл молибдата кальция; 6 - кювета с силиконовым маслом
о Для того, чтобы ввести свет, кристалл, скошенный под углом 45°, помещался в кювету с силиконовым маслом (коэффициент преломления 1,63), обладающим настолько низким акустическим импедансом, что просачиванием звука из кристалла можно пренебречь. Длина кристалла 3,5 см, диаметр пьезопреобразователя 0,3 см. Потери на преобразование составили 7,5 дБ, ширина полосы пьезопреобразователя по уровню 3 дБ -20 МГц. На рис. 4.10 показана зависимость длины волны, на которую настроен фильтр, от частоты звука, а на рис. 4.11-зависимость прозрачности от длины волны на частоте, соответствующей максимальному пропусканию на
0,63 мкм. Действующая фотоупругая постоянная для молибдата кальция /745=0,06. Управляющая мощность 2,67 Вт обеспечивала 90% пропускания.
Оригинальная геометрия коллинеарного фильтра описана в работе [52]. В качестве акустооптического материала использовался кристаллический кварц (рис. 4.12). Фазовая скорость акустической волны, поляризованной по оси [100], совпадает с направлением [010], групповая скорость, как следствие акустической анизотропии, составляет с этой осью угол 24,3°. Величина этого угла определяется упругими постоянными кристалла.
Световой луч, поляризованный на входе кристалла вдоль оси [001] (необыкновенный), дифрагируя, превращается в обыкновенный, поляризованный по оси [100]. Анализатор на выходе фильтра
